JP3471157B2 - 鉄道車両用3軸操舵台車 - Google Patents
鉄道車両用3軸操舵台車Info
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Description
舵台車に関し、より詳しくは車軸を台車枠に支持る構造
の改良に関する。
重条件から、一本の車軸に負荷できる荷重の最大値が制
限される。これにより、ある重量の機関車を構成する場
合に何本の車軸を必要とするかが必然的に定まる。ま
た、一定の大きさの牽引力を必要とする場合は、軸重と
粘着係数との関係から必要とする車軸の本数が定まる。
要と判断された場合には、2軸台車を三つ組み合わせる
B−B−B配置の台車構成と、3軸台車を二つ組み合わ
せるC−C配置の台車構成とが考えられる。ところが、
従来の3軸台車は、軌条のカーブ部分を走行する際に車
軸に作用する横圧が2軸台車よりも大きいため、車輪の
フランジ磨耗が大きい。これにより、従来は、六本の車
軸を必要とする機関車には、上記B−B−B配置の台車
構成が採用されて来た。しかしながら、2軸台車を三つ
組み合わせた台車構成では、床下の空間が狭められるの
で、床下機器の配置に非常に大きな制限を受けるばかり
でなく、機関車の重量増加や重心位置の上昇を招いてし
まう。
部分を安定して走行することができ、かつ遠心力以上の
横圧が車軸に作用することがない3軸操舵台車を先に出
願している。(特願平7−162479号)この先願に
係る3軸操舵台車においては、鉄道車両が軌条の曲線部
分を走行することによって台車枠が車体に対して首を振
ると、先頭軸と後尾軸とが操舵され、その軸線が軌条の
曲線部分の曲率中心に向かって延びるとともに、中間軸
が押動され、その軸線方向の中心が軌条の幅方向の中心
と一致するようにされている。
軸操舵台車においては、先頭軸および後尾軸の首振りを
可能とするため、先頭軸および後尾軸の軸箱を軌条の長
手方向には大きく変位できるように支持するが、軌条の
幅方向にはあまり変位しないように支持する必要があ
る。これに対して、中間軸の横動を可能とするために
は、中間軸の軸箱を軌条の幅方向には大きく変位できる
ように支持するが、牽引力によって中間軸がふらつかな
いように、軌条の長手方向にはあまり変位しないように
支持する必要がある。
3軸操舵台車の各車軸を具体的にどのように支持すれば
良いかが開示されていない。
舵台車に用いて好適な車軸支持構造を提供することによ
って、軌条のカーブ部分を走行する際に3軸操舵台車の
各車軸に作用する横圧を減少させ、6本の車軸を必要と
する機関車を二組の3軸台車で台車構成できるように
し、もって機関車の機器配置を改善するとともに機関車
の軽量化および低重心化を図ることを目的とする。
3軸操舵台車は、鉄道車両の台車枠に対して、首振り可
能に取り付けられた先頭軸および後尾軸と、軌条の幅方
向に横動可能に取り付けられた中間軸とを備え、前記鉄
道車両が軌条のカーブ部分を走行する際には、前記3本
の車軸の軸線が前記カーブ部分の曲率中心に向かって延
びるように前記先頭軸および前記後尾軸が首振り操舵さ
れる鉄道車両用3軸操舵台車であって、 前記先頭軸およ
び前記後尾軸の軸箱を前記台車枠に弾性支持する、軌条
の長手方向のばね定数が軌条の幅方向のばね定数よりも
小さい第1の軸ばねと、 前記中間軸を前記台車枠に弾性
支持する、軌条の幅方向のばね定数が軌条の長手方向の
ばね定数よりも小さい第2の軸ばねと、をさらに備え、
前記第2の軸ばねは、前記第1の軸ばねと同一の軸ばね
であり、かつ前記台車枠に対するその取り付け方向が、
前記第1の軸ばねとして前記台車枠に取り付けられる方
向に対して軌条の長手方向と軌条の幅方向との間で90
度回転させた方向であることを特徴としている。
部分を走行する際には、先頭軸および後尾軸が首振り操
舵機構によってスムーズに操舵され、その軸線が前記カ
ーブ部分の曲率中心に向かって延びるとともに、中間軸
は軌条の幅方向にスムーズに変位し、その軸線方向の中
心が軌条の幅方向の中心線に一致するから、3軸操舵台
車は前記カーブ部分を滑らかに走行することができる。
また、3軸操舵台車を構成する部品の種類を低減して、
製造コストを低減させることができる。
軸操舵台車の各実施形態について、図面を参照して詳細
に説明する。
操舵台車100は、鉄道車両の図示されない車体に対し
て芯皿中心Bにおいて首振り可能に軸支された台車枠1
と、この台車枠1の前後方向(軌条2の長手方向)に等
しい軸距δをあけて台車枠1に取り付けられた先頭軸1
1、中間軸12、後尾軸13と、前記先頭軸2および前
記後尾軸4を首振り操舵するための操舵機構20、およ
び前記中間軸12を前記台車枠1に連結する中間軸連結
機構40とを備えている。
それぞれの軸線方向の中心A、Cが、台車枠1の幅方向
(軌条2の幅方向)の中心線SDと一致するように配置
されるともに、台車枠1に対して首振り可能とされてい
る。これに対して前記中間軸12は、その軸線S2が台
車枠1の長手方向の中心線SCと一致するように配置さ
れ、台車枠1の幅方向に横動可能、かつ首振り可能とさ
れている。また、先頭軸11、中間軸12、後尾軸13
の両端部にはそれぞれ軸箱14、15、16、17、1
8、19が設けられ、これらの軸箱を介して各車軸1
1,12,13と台車枠1との間で、前後方向および上
下方向に力を伝達するようになっている。
先頭軸11および中間軸12との間に配設されるととも
に、台車枠1に軸支されて軸支点21、22の回りに揺
動可能とされた一対の先頭軸操舵レバー23、24と、
中間軸12と後尾軸13との間に配設され、台車枠1に
軸支されて軸支点25、26の回りに揺動可能とされた
一対の後尾軸操舵レバー27、28とを備えている。そ
して、前記先頭軸操舵レバー23、24は、それぞれ操
舵リンク31、32により先頭軸11の軸箱14、15
と連結されている。同様に、前記後尾軸操舵レバー2
7、28は、それぞれ操舵リンク33、34により後尾
軸13の軸箱18、19と連結されている。
間、および前記後尾軸操舵レバー27、28間は、それ
ぞれ台車枠2の幅方向に延びる左右連結リンク35、3
6により連結されている。そして、図示上側の先頭軸操
舵レバー23と後尾軸操舵レバー27間、および図示下
側の先頭軸操舵レバー24と後尾軸操舵レバー28間
は、それぞれ台車枠1の前後方向に延びる連動リンク3
7、38により連結されている。さらに、図示上側の後
尾軸操舵レバー27と車体側座3とは、操舵連結リンク
39により連結されている。
示したように、中間軸12と後尾軸13との間の部分に
配設されるとともに、台車枠1に軸支されて軸支点4
1、42の回りにそれぞれ揺動可能とされた一対の中間
軸操舵レバー43、44を備えている。そして、前記中
間軸操舵レバー43、44は、それぞれ操舵リンク4
5、46により中間軸12の軸箱16、17と連結され
ている。また、一対の中間軸操舵レバー43,44間
は、台車枠1の幅方向に延びる左右連結リンク47によ
り連結されている。
形態の3軸操舵台車100の動作について説明すると、
先頭軸11は、先頭軸操舵レバー23,24と左右連結
リンク25および操舵リンク31、32の作用により、
その軸箱14,15の前後方向(軌条の長手方向)の変
位の和は、常にゼロとなるように台車枠1に連結されて
いる。これは、中間軸12および後尾軸13についても
全く同様である。
0は、図1に示したように軌条2が上向きに凸となるカ
ーブ部分に差し掛かると、台車枠1は、図示されない鉄
道車両の車体に対して芯皿中心Bを中心として、図示反
時計廻りに回動する。これにより、台車枠1と車体側座
3とが相対変位し、後尾軸操舵レバー27が操舵連結リ
ンク39により押動されて軸支点25の廻りに時計方向
に揺動するので、後尾軸13は、後尾軸操舵レバー2
7,28と左右連結リンク36および操舵リンク33,
34の作用により、首振り操舵されて図示時計方向に揺
動する。すると、先頭軸11は、連動リンク37、3
8、先頭軸操舵レバー23,24と左右連結リンク35
および操舵リンク31、32の作用により首振り操舵さ
れ、図示反時計方向に揺動する。
までの寸法 e:各操舵レバーの軸支点から操舵連結リンク取り付け
点までの寸法 2b:各輪軸の左右の軸箱間の寸法 2δ:先頭軸と後尾軸との間の軸距 d:車体中心から車体即座までの寸法 2L:車体に取り付けられた2つの台車の芯皿中心間寸
法 なる関係が満たされれば、先頭軸11および後尾軸13
の軸線が、軌条2のカーブ部分の曲率中心Oを通ること
は、前述した先願(特願平7−162479号)に記載
したとおりである。
機構40の作用によって、台車枠1に対して自由に首を
振ることはできるが、強制的には変位する方向が拘束さ
れていないので、軌条2の幅方向に変位した状態で止ま
る。
軌条の長手方向(前後方向)の変位量を求める。図1に
おいて、軌条2のカーブ部分の曲率半径Rを100メー
トル、車体中心と台車の芯皿中心間の距離Lを1900
mmとすると、車軸のスイベル角は1900mm/10
0メートル=0.019となる。また、先頭軸11の左
右の軸箱14,15間の間隔bを835×2=1670
ミリとすれば、軸箱14,15の前後方向の変位量は、
0.019×835ミリ=15.87ミリとなる。
を、前述した先願(特願平7−162479号)に記載
した次式によって求める。 a=δ2/(2R) ここで、a:中間軸の横動量 2δ:先頭軸と後尾軸との間の軸距 R:軌条のカーブ部分の曲率半径 によって求めると、a=18.05ミリとなる。つま
り、中間軸12を18.05ミリだけ横動できるように
すれば、中間軸12の軸線方向の中心を、軌条2の幅方
向の中心線と一致させることができ、先頭軸11および
後尾軸13と同様に、軌条のカーブ部分に対して対向さ
せることができる。
100においては、先頭軸11の軸箱14,15および
後尾軸13の軸箱18,19に求められる前後方向(軌
条の長手方向)の変位量と、中間軸12の軸箱16,1
7に求められる左右方向(軌条の幅方向)変位量とはほ
ぼ同じで、かつその方向が90度異なっている。したが
って、軌条の長手方向と幅方向とでばね定数が異なる異
方性の軸ばねを用いて、ばね定数の低い方向が軌条の長
手方向を向くようにして先頭軸11および後尾軸13の
軸箱を支持し、かつばね定数が低い方向が軌条の幅方向
を向くようにして中間軸12の軸箱を支持することとす
れば、一つの軸ばねによって3本の車軸を支持できるこ
ととなり、部品の共用上極めて具合が良い。そこで、本
第1実施形態の3軸操舵台車100においては、図2に
示したような軸ばね50を用いて3本の車軸を台車枠1
に弾性支持している。
2を参照して説明する。図2(a)に示したように、先
頭軸11の軸箱14に取り付けられた前後一対の軸ばね
50は、断面形状が正方形とされた角柱状のゴムばね部
分51と、このゴムばね部分51を上下に挟持する金属
製の台座52,53とを有している。前記ゴムばね部分
51は、展開形状が矩形状のゴム板54を山形に折り曲
げた、すなわち断面形状が「く」字形となるように折り
曲げたものを、多数枚、互いに密着させた状態で積層し
た構成とされている。これにより、このゴムばね部分5
1は、前記ゴム板54の山形に折り曲げた側縁54aが
露出する側面に対して垂直な方向(矢印D方向)のばね
定数が、前記ゴム板54の直線状の側縁54bが露出す
る側面に対して垂直な方向のばね定数よりも低くなる。
先頭軸11は、軌条の長手方向には大きく変位できる
が、軌条の幅方向にはわずかに変位できるように、軸ば
ね50によって台車枠1に弾性支持される。これに対し
て、図2(b)に示したように、中間軸12の軸箱16
には、前記軸ばね50が図2(a)に示した状態に対し
て90度向きを変えた状態で取り付けられている。これ
により、中間軸12は、軌条の幅方向(矢印E方向)に
は大きく変位できるが軌条の長手方向にはわずかに変位
できるように、同一の軸ばね50によって台車枠1に弾
性支持される。
前記台座52の上面には、位置決め用の突起52aに加
えて誤取り付け防止用の突起52bが突設されている。
そして、台車枠1の軸ばね取付面には、軸ばね50が正
しい方向を向けて軸箱14,16にそれぞれ取り付けら
れた時にのみ前記誤取り付け防止用の突起52bを受け
入れる凹部が形成されている。これにより、中間軸12
の軸箱16に取り付けた軸ばね50の向きが誤っている
場合には、前記誤取り付け防止用の突起52bが台車枠
1の軸ばね取付面に干渉するので、軸ばね50の誤取り
付けを確実に防止できる。
算出してみる。3軸操舵台車を二組備えた台車構成の電
気機関車の軸重を16トン〜16.8トンとすると、緩
和曲線1/300のねじれた軌条の上で30%以上の輪
重抜けが出ない軸ばねのばね定数は、一つの軸箱あたり
に280kg/mm以下でなければならないことが判
る。ここで、一つの軸箱あたりのばね定数を250kg
/mmとすると、軸ばね荷重は6740kg程度になる
ので、この圧縮荷重によりゴムばねの撓み率が10〜1
2%に収まるゴム厚さは、235ミリ程度必要となる。
これにより、6740kg程度の軸ばね荷重を1軸箱あ
たり2個のゴムばねで受けるときに、面圧を10kg/
平方センチ程度とすると、ゴムばね部分51の断面形状
は180ミリ×180ミリの正方形で良いことが判る。
したがって、ゴム厚さが235ミリ、受圧面積180ミ
リ×180ミリ、ばね定数が250kg/mm程度とな
るようなゴムばね部分51を形成するには、ゴム板54
を7層程度積層すれば良いことが判る。
0の軸ばね50の作用について説明したが、先頭軸11
および後尾軸13は、車両走行時に発生する遠心力を受
けるとともに、軌条の通り狂いに沿って車体を誘導する
ために、前記軸ばね50の軌条の幅方向のばね定数が充
分に大きい必要がある。したがって、前記軸ばね50
の、軌条の長手方向のばね定数と軌条の幅方向のばね定
数との比を充分に大きくとることができれば良いが、若
干不足した場合には先頭軸11および後尾軸13の、軌
条の幅方向の過度の変位を拘束する機構が必要となる。
明すると、軸箱14の軌条の幅方向内側の部分には、台
車枠1の側面に対向する位置まで上方に延びるストッパ
14aが突設されている。そして、このストッパ14a
の台車枠1側の側面には、クッションラバー14bが取
り付けられている。これにより、軸ばね50が軌条の幅
方向に大きく撓んで軸箱14が台車枠1に対して過度に
接近すると、前記クッションラバー14bが台車枠1に
当接し、台車枠1に対する軸箱14のそれ以上の変位を
阻止できる構成となっている。
前記首振り操舵機構20とは独立して設けられた、中間
軸連結機構40の中間軸操舵レバー43、44と操舵リ
ンク45、46、および左右連結リンク47の作用によ
り、首振り動作を可能としながら、牽引力およびブレー
キ力を受けることができるように台車枠1に連結されて
いる。これにより、図2に示したような軸ばねによって
軌条の長手方向の変位がある程度拘束されると、中間軸
12は、わずかな首振りにより単独で蛇行動を発生し、
軌条の幅方向に最も安定した位置を自ら見出す。
て、中間軸12が軌条の幅方向の理想位置に移動するの
を待つだけでは、高速走行の際に自励振動に入る危険が
あり、ダンパなどの自励振動防止対策が必要となる。そ
こで、図4に示したような、中間軸12を積極的に横動
させるとともに、その横動を拘束する中間軸横動機構6
0が、前述した先願(特願平7−162479号)に記
載されている。前記中間軸横動機構60は、台車枠1に
軸支されて軸支点61の廻りに揺動可能とされたL字形
の中間軸横動レバー62と、この中間軸横動レバー62
の軌条の幅方向に最も外側の端部63と車体側座3とを
連結する連結リンク64と、前記中間軸横動レバー62
の軌条の長手方向に最も前側の端部65と、中間軸13
に装架されたサスコロ付き原動機66の後端部67とを
連結する中間軸横動リンク68とを備えている。
軸支点61と前記連結リンク64の取り付け点63との
間の寸法をe、前記軸支点61と前記中間軸横動リンク
68の取り付け点65との間の寸法をgとすると、 g=δ2・e/(2・d・L) なる関係を満たすように前記e寸法およびg寸法を定め
れば、本第1実施形態の3軸操舵台車100が軌条のカ
ーブ部分を走行する際に、中間軸12が前記中間軸横動
機構60によって横動させられ、その軸線方向の中心B
と軌条2の幅方向の中心とが一致することは、前述した
先願に記載したとおりである。
述のように構成したものであるから、軌条の直線部分を
走行する際には、3本の車軸が完全に平行な状態とな
り、安定した直線走行を行うことができる。また、軌条
のカーブ部分を走行する際には、3本の車軸の軸線がそ
れぞれ前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びるの
で、前記カーブ部分を滑らかに走行することができる。
しかしながら、軌条の直線部分からカーブ部分に進入す
る段階、若しくは軌条のカーブ部分から直線部分に進入
する段階では、車体に対する台車枠の首振り角と先頭軸
および後尾軸の首振り角とが若干ずれる可能性がある。
また、各リンクの長さの調節が狂っていると、各車軸が
常時首を振って走行する可能性がある。
結リンク34や横動拘束リンク68の途中に、図5に示
すような、リンク接続用バネ機構70を操舵連結リンク
39または中間軸横動リンク68の途中に介装すれば良
い。
略を図5を用いて説明すると、図示左側のシャフト71
の先端には、大径円筒部72aと、この大径円筒部72
aを挟み込むように配設された一対の小径円筒部72
b、72cとを有するハウジング72が、シャフト71
と同軸に取り付けられている。一方、図示右側のシャフ
ト73の先端には、前記小径円筒部72b、72c内に
摺動可能に嵌入されるピストン74、75が設けられて
いる。また、これらのピストン74・75間に互いに対
向するように、かつ前記シャフト73に対して軸線方向
に摺動自在に嵌着された一対の円環状のワッシャ77・
78の間には、コイルばね79が初圧をかけられた状態
で介装されている。
機構70のシャフト71・73に、前記バネ79の初圧
よりも小さい軸力が作用した時には、バネ79は撓むこ
とがないから、シャフト71・73は互いに軸線方向に
相対変位することなく、あたかも一本の剛体ロッドのよ
うに軸力を伝達する。これに対して、シャフト71・7
3にバネ79の初圧よりも大きい軸力が作用した時には
バネ79が圧縮変形するので、シャフト71・73が軸
線方向に相対変位して伸縮可能なロッドとして作用す
る。したがって、このようなリンク接続用バネ機構70
を操舵連結リンク39または中間軸横動リンク68に取
り付けることにより、各々のリンク間に生じる無理を吸
収することができる。また、ワッシャ77・78の間隔
をハウジング72の前記大径円筒部72aの軸線方向の
長さよりも小さく設定することにより、シャフト71・
73間に遊びを持たせることができる。これにより、シ
ャフト71・73は、前記遊びの寸法だけは自由に相対
変位することができるが、相対変位が大きくなると剛な
ロッドとして作用することとなる。
施形態の3軸操舵台車100においては、先頭軸および
後尾軸の軸箱に求められる変位方向と、中間軸の軸箱に
求められる変位方向とが互いに90度異なっており、か
つ両者の変位量がほとんど同じであることを利用し、先
頭軸および後尾軸を台車枠に弾性支持する軸ばねと、中
間軸を台車枠に弾性支持する軸ばねとを、台車枠に対す
る取り付け方向を90度ずらすことによって共用する構
造とされている。これにより、本第1実施形態の3軸操
舵台車100が軌条の直線部分を走行する際には、3本
の車軸が完全に平行な状態となり、安定した直線走行を
行うことができる。また、軌条のカーブ部分を走行する
際には、首振り操舵機構20と中間軸連結機構40、お
よび軸ばね50の作用により、3本の車軸の軸線がそれ
ぞれ前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びるので、
前記カーブ部分を滑らかに走行することができる。
0においては、中間軸連結機構40を用い、中間軸12
に牽引力およびブレーキ力が作用しても、中間軸12の
軸箱の、軌条の長手方向の変位の和がゼロとなるように
中間軸12を台車枠に連結するとともに、軌条の長手方
向のばね定数は大きいが軌条の幅方向のばね定数の小さ
い軸ばね50によって、中間軸12を台車枠1に弾性支
持する構造とした。これにより、中間軸12は、わずか
な首振りにより単独で蛇行動を発生して、軌条の幅方向
に最も安定した位置を自ら見出し、かつその位置に向か
って横動し易くなるので、3軸操舵台車100が軌条の
カーブ部分を走行する際に、早期に安定状態に入ること
ができる。
ことができる、他の実施形態の軸ばねについて説明す
る。図6に示したように、本第2実施形態の軸ばね80
は、コイルばね81と、このコイルばね80を上下に挟
持するゴム製のばね座82,83とを備えている。そし
て前記ばね座82,83は、円筒状に湾曲したゴム板8
4を前記コイルばね81の軸線方向に挟持した構造とさ
れている。これにより、ばね座82,83を前記円筒の
軸線に対して平行な方向に切断した断面においては、図
6(a)に示したように前記ゴム板84は平坦に延びる
が、前記円筒の軸線に対して垂直な方向に切断した断面
においては、図6(b)に示したように前記ゴム板84
は湾曲して延びる。
円筒の軸線に対して平行な方向には、前記ゴム板84の
剪断変形によって大きく変形できるが、前記円筒の軸線
に対して垂直な方向は、前記ゴム板84を圧縮する方向
となるため、大きく変形することができない。したがっ
て、上述した3軸操舵台車100の先頭軸11および後
尾軸13の軸箱には、図6(a)の図示左右方向が軌条
の長手方向となるように、かつ中間軸12の軸箱には図
6(b)の図示左右方向が軌条の長手方向となるよう
に、それぞれ本第2実施形態の軸ばね80を取り付けれ
ば良い。
いて説明する。この軸ばね90は、コイルばね91と、
このコイルばね91を上下に挟持する上下一対の金属製
ばね座92,93とを備えている。一方、台車枠1の下
面には上側ブラケット94が、軸箱14の上面には下側
ブラケット95がそれぞれ突設されている。そして、前
記上側ばね座92は、ピン96によって前記上側ブラケ
ット94に対して相対揺動自在に軸支されている。さら
に、前記下側ばね座93は、前記ピン96と平行に延び
るピン97によって前記下側ブラケット95に対して相
対揺動自在に軸支されている。
は、上下のばね座92,93が上下のブラケット94,
95に対して揺動できる方向とできない方向とでばね定
数が異なり、図7(a)の図示左右方向のばね定数が、
図7(b)の図示左右方向のばね定数よりも小さくな
る。したがって、上述した3軸操舵台車100の先頭軸
11および後尾軸13の軸箱には、図7(a)の図示左
右方向が軌条の長手方向となるように、かつ中間軸12
の軸箱には図7(b)の図示左右方向が軌条の長手方向
となるように、それぞれ本第3実施形態の軸ばね90を
取り付ければ良い。
ついて説明する。この軸ばね110は、コイルばね11
1と、このコイルばね111を上下に挟持する上下一対
の金属製ばね座112,113とを備えている。そし
て、これらのばね座112,113の、台車枠1の下面
および軸箱14の上面に対向する側の表面114,11
5は、それぞれ互いに同軸な円筒面の一部とされてい
る。さらに、これらの円筒面114,15には位置決め
用突起116,117がそれぞれ突設され、台車枠1の
下面および軸箱14の上面に凹設された位置決め用凹部
と係合するようにされている。
0は、そのばね座112,113の円筒面114,11
5が台車枠1の下面および軸箱14の上面に接しながら
揺動できる方向のばね定数が、そうでない方向のばね定
数よりも小さくなる。したがって、上述した3軸操舵台
車100の先頭軸11および後尾軸13の軸箱には、図
9(a)の図示左右方向が軌条の長手方向となるよう
に、かつ中間軸12の軸箱には図9(b)の図示左右方
向が軌条の長手方向となるように、それぞれ本第4実施
形態の軸ばね110を取り付ければ良い。
は、上述した実施例によって限定されるものではなく、
本発明の主旨に基づいて種々の変更が可能であることは
言うまでもない。例えば、上述した実施例においては主
電動機が輪軸に装架されているが、主電動機を台車枠に
装架することとしても良く、この場合には、主電動機と
駆動装置との間に、車軸の首振りと横動とを許容する継
手を介装すれば良い。
の鉄道車両用3軸操舵台車においては、先頭軸および後
尾軸の軸箱を台車枠に弾性支持する第1の軸ばねを、そ
の軌条の長手方向のばね定数を軌条の幅方向のばね定数
よりも小さくするとともに、中間軸を台車枠に弾性支持
する第2の軸ばねを、その軌条の幅方向のばね定数を軌
条の長手方向のばね定数よりも小さくしたものである。
そして、先頭軸および後尾軸の軸箱に求められる変位方
向と、中間軸の軸箱に求められる変位方向とが互いに9
0度異なっており、かつ両者の変位量がほとんど同じで
あることを利用し、先頭軸および後尾軸を台車枠に弾性
支持する軸ばねと、中間軸を台車枠に弾性支持する軸ば
ねとを、台車枠に対する取り付け方向を90度ずらすこ
とによって共用する構造とされている。これにより、3
軸操舵台車が軌条のカーブ部分を走行する際には、先頭
軸および後尾軸が首振り操舵機構によって操舵され、そ
の軸線が前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びると
ともに、中間軸は軌条の幅方向に変位し、その軸線方向
の中心が軌条の幅方向の中心線に一致するから、3軸操
舵台車は前記カーブ部分を滑らかに走行することができ
る。また、3軸操舵台車を構成する部品の種類を低減し
て、製造コストを低減させ ることができる。
中間軸連結機構を用いて、中間軸に牽引力およびブレー
キ力が作用しても、中間軸の軸箱の、軌条の長手方向の
変位の和がゼロとなるように中間軸を台車枠に連結する
とともに、軌条の長手方向のばね定数は大きいが軌条の
幅方向のばね定数の小さい軸ばねを用いて中間軸を台車
枠に弾性支持する構造とした。これにより、中間軸はわ
ずかな首振りにより単独で蛇行動を発生して、軌条の幅
方向に最も安定した位置を自ら見出し、かつその位置に
向かって横動し易くなるので、3軸操舵台車が軌条のカ
ーブ部分を走行する際には、早期に安定状態に入ること
ができる。
3軸操舵台車が軌条のカーブ部分を走行する際には、先
頭軸、中間軸、後尾軸の軌条に対するアタックアングル
をゼロとすることができるから、各輪軸の車輪の踏面勾
配が適切に設定されていれば、遠心力等の影響を受ける
以外は、各輪軸は軌条のカーブ部分を滑らかに走行する
ことができる。また、軌条に対する各車輪の横圧を最小
とすることができ、車輪のフランジ磨耗を防止すること
ができる。したがって、従来は、車輪のフランジ磨耗に
伴う保守整備の困難さを嫌って3軸台車を敬遠し2軸台
車を用いてきたが、本発明の3軸操舵台車によれば従来
の問題点を解消することができ、3軸台車を敬遠する必
要が無い。これにより、例えば6本の駆動輪軸を有する
機関車を構成する際には、従来であれば2軸台車を3つ
組み合わせたB−B−B配置の台車構成とせざるを得な
かったが、本発明によれば、3軸操舵台車を2つ組み合
わせたC−C配置の台車構成とすることができ、機関車
の機器配置の設計自由度が大きく高まるばかりでなく、
機関車の重量を低減し、かつ低重心なものとすることが
できるという優れた効果を奏する。
台車を示した平面図。
を示した斜視図。
Claims (10)
- 【請求項1】鉄道車両の台車枠に対して、首振り可能に
取り付けられた先頭軸および後尾軸と、軌条の幅方向に
横動可能に取り付けられた中間軸とを備え、前記鉄道車
両が軌条のカーブ部分を走行する際には、前記3本の車
軸の軸線が前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びる
ように前記先頭軸および前記後尾軸が首振り操舵される
鉄道車両用3軸操舵台車であって、 前記先頭軸および前記後尾軸の軸箱を前記台車枠に弾性
支持する、軌条の長手方向のばね定数が軌条の幅方向の
ばね定数よりも小さい第1の軸ばねと、 前記中間軸を前記台車枠に弾性支持する、軌条の幅方向
のばね定数が軌条の長手方向のばね定数よりも小さい第
2の軸ばねと、をさらに備え、 前記第2の軸ばねは、前記第1の軸ばねと同一の軸ばね
であり、かつ前記台車枠に対するその取り付け方向が、
前記第1の軸ばねとして前記台車枠に取り付けられる方
向に対して軌条の長手方向と軌条の幅方向との間で90
度回転させた方向であることを特徴とする鉄道車両用3
軸操舵台車。 - 【請求項2】前記第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね
は、前記台車枠若しくは前記車軸の軸箱にその取り付け
方向を誤った状態で取り付けられることを防止する、誤
取り付け防止手段を有することを特徴とする請求項1に
記載の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項3】前記第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね
は、山形に折り曲げたゴム板を互いに密着させた状態で
複数枚積層した柱状のゴムばね部分を備えることによ
り、前記第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね全体とし
て、前記山形を正面から見る方向のばね定数が、前記山
形を側方から見る方向のばね定数よりも小さくされてい
ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の鉄道
車両用3軸操舵台車。 - 【請求項4】前記第1の軸ばね又は第2の軸ばねは、金
属製のコイルばねと、前記コイルばねを挟持する一対の
ばね座とを備え、前記ばね座が湾曲したゴム板を前記コ
イルばねの軸線方向に挟持した構造とされることによ
り、前記第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね全体とし
て、前記ゴム板の断面形状が平板状に見える方向のばね
定数が、前記ゴム板の断面形状が湾曲して見える方向の
ばね定数よりも小さくされていることを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項5】前記第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね
は、金属製のコイルばねと、前記コイルばねを挟持する
一対のばね座とを備え、これらのばね座が、前記台車枠
および前記軸箱にそれぞれ設けられたブラケットに対し
て、互いに平行に延びる一対のピンのそれぞれによって
揺動自在に軸支されることにより、前記第1の軸ばね又
は前記第2の軸ばね全体として、前記ピンの軸線に対し
て垂直な方向のばね定数が、前記ピンの軸線方向のばね
定数よりも小さくされていることを特徴とする請求項1
又は請求項2に記載の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項6】前記第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね
は、金属製のコイルばねと、前記コイルばねを挟持する
一対のばね座とを備え、前記ばね座の前記台車枠および
前記軸箱への取付面が円筒状とされることにより、前記
第1の軸ばね又は前記第2の軸ばね全体として、前記ば
ね座が前記台車枠および前記軸箱の取付面上を転動可能
な方向のばね定数が、前記ばね座が前記台車枠および前
記軸箱側の取付面上を転動不能な方向のばね定数よりも
小さくされていることを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項7】前記軸箱の前記台車枠に対する所定の大き
さ以上の相対変位を阻止するストッパをさらに備えるこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項8】前記先頭軸および前記後尾軸の軌条の幅方
向の相対変位許容量に対して、前記中間軸の軌条の幅方
向の相対変位許容量を大きくしたことを特徴とする請求
項7に記載の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項9】前記中間軸の両端部をそれぞれ支持する軸
箱の、軌条の長手方向へのそれぞれの変位の合計が常に
ゼロとなるように前記中間軸を前記台車枠に連結する、
リンクおよびレバーを有した中間軸連結機構をさらに備
えることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか
に記載の鉄道車両用3軸操舵台車。 - 【請求項10】鉄道車両の車体に対する前記台車枠の首
振り角度に比例した横動量で前記中間軸を軌条の幅方向
に横動させる中間軸横動機構をさらに備えることを特徴
とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の鉄道車
両用3軸操舵台車。
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1996
- 1996-02-27 JP JP04004396A patent/JP3471157B2/ja not_active Expired - Fee Related
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