JP3657548B2 - 鉄道車両の排障板支持構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、新幹線などの鉄道車両の排障板支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両において、軌道上の障害物（例えば１００ｋｇ程度までの重量を有する障害物）をまきこまずに脇に排障あるいは跳ね飛ばすために、車両前頭部に排障装置を設けることは一般に行われている。また、そのような排障装置は、障害物をまきこまずに脇に排障あるいは跳ね飛ばす際に、車体の損傷をできるだけ軽微に抑えることが要求されるので、衝突の際に、衝突エネルギーの影響を受けにくい構造とする必要がある。そのため、車両前部に変形しにくい物体を配置し、緩衝装置を介して車体に接続させる構造が一般的である。
【０００３】
従来より、例えば図７及び図８に示すように、走行方向前方に凸に湾曲した鋼製の排障板１０１の後方に、前記排障板１０１に沿うようにして板厚程度の間隔を存して複数枚の板ばね１０２ａを重ねた緩衝板１０２を設け、排障板１０１の変形で吸収しきれなかったエネルギーは、緩衝板１０２で吸収する構造としたものが知られている。前記緩衝板１０２は緩衝板支持装置１０３及び取付座１０４を介して車体台枠１０５（図７参照）に取り付けられている。また、排障板１０１は、左右の両側部が取付座１０６を介して車体台枠１０５に取り付けられている。なお、１０７は排障板１０２の落下防止金具である。
【０００４】
この構造では、車両が高速になるにつれて大きくなる衝突エネルギーに対応するため必要とする板厚が増加し、排障板１０１が車体台枠１０５より厚い鋼板になっている。そのため、障害物と衝突した場合には排障板１０１が変形しにくく、車体に大きな衝撃荷重を与えることとなっている。
【０００５】
そこで、障害物を軌道外へ排除する機能が大きく軽量で車体への衝撃荷重を極力緩和した排障装置として、例えば特開２００１−５５１４１号公報に記載されるように、走行方向前方に凸に湾曲した形状を有する鋼製の排障板の両辺を横はりで連結し、前記排障板の軌道方向中心線上で排障板と横はりとの間に、中空形状のアルミニウム合金製形材を用いた構造が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのような排障装置は、前述したように線路上の障害物を排障することが目的であり、排障板（前頭スカート）は、車体台枠の側はりに強固に固定されているので、実際の車両同士の衝突を考えた場合には、車体前頭部の強度が必要以上に高くなる。そのため、やはり衝突時の衝撃が大きくなりすぎ、場合によっては車体前頭部が破壊するより先に前頭部排障装置の後側に位置する運転室が破壊されるおそれもあり、そのような事態は乗員にとって好ましくなく、耐衝突性に劣るといえる。ここで、「耐衝突性」とは、乗員の生存区間（サバイバルゾーン）を確保することができ、乗員への衝撃が緩和されることを意味する。
【０００７】
この発明はかかる点に鑑みてなされたもので、耐衝突性に優れる鉄道車両の排障板支持構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、走行中に軌道上の障害物を排除する排障板を車体台枠に支持する鉄道車両の排障板支持構造であって、前記排障板の前頭部の後側に、車両前後方向に延びるエネルギー吸収要素が配設され、このエネルギー吸収要素の後端部が、エネルギー吸収要素支持装置を介して前記車体台枠に取り付けられる一方、前記排障板の左右側部の上縁部が、前記エネルギー吸収要素支持装置の側方位置で前記車体台枠に支持され、前記排障板は、下部になるほど前方あるいは側方に位置するように傾斜する形状とされ、前頭部の上縁部付近にほぼ直方体形状のブロックが取り付けられ、このブロックの前面の略鉛直下方に、前記排障板の前頭部の下縁部が位置している構成とする。ここで、エネルギー吸収要素としては、特に制限されず、例えば角筒状のパイプ材などのピーク荷重が低く平均反力が高いエネルギー吸収要素であれば周知のものを用いることができる。
【０００９】
このようにすれば、鉄道車両同士の衝突を想定した場合、予め設計段階において、衝突の各種要素を考慮して車体前頭部のクラッシュゾーンの長さが決定されるが、クラッシュゾーンでは、排障板を支持する強固な部材が必要なくなり、排障板の拘束が緩和されるため、クラッシュゾーンの破壊時のピーク荷重を低く抑えることができる。一方、排障板の前頭部の後側に、車両前後方向に延びる、ピーク荷重が低く平均反力が高いエネルギー吸収要素を配設することで、衝突エネルギーの吸収がエネルギー吸収要素で補われる。そのため、単に排障板を設けているだけの場合に比べて、衝突エネルギーの吸収性能を高め、乗員への衝撃が緩和される。また、本来の排障装置の目的である、障害物を排除する際に必要な吸収エネルギーの多くの部分をこのエネルギー吸収要素が負担するため、障害物排障時の衝撃も緩和されることになる。
【００１０】
よって、走行中に軌道上の障害物を軌道外に排除する排障板に必要以上に大きな衝突エネルギーが作用した場合には、エネルギー吸収要素によって吸収され、乗員への衝撃が緩和される。
特に、排障板の前頭部の上縁部付近にほぼ直方体形状のブロックを取り付け、ブロックの前面の略鉛直下方に前記排障板の前頭部の下縁部が位置するようにしているので、車両同士の衝突の際に、排障板の上側部分（ブロック）と下側部分とが同時に衝突するようになる。よって、排障板のすくい角により生ずる上下方向の荷重が低減されて、排障板の圧壊変形が車両前後方向に生じるように安定させることができる。
【００１１】
請求項２記載のように、前記排障板の左右側部の上縁部が、運転室の位置より前方部位において、排障板支持装置を介して車体台枠に取り付けられていることが望ましい。
【００１２】
このようにすれば、前記クラッシュゾーンよりも後方に、運転室を含む乗員の生存区間（サバイバルゾーン）を位置させることで、衝突時に運転室まで圧壊するのを回避して、乗員の生存区間を確保することができる。すなわち、エネルギー吸収要素による衝突エネルギーの吸収は、運転室より前方に離れたクラッシュゾーンにおいて行われるので、乗員の生存区間（サバイバルゾーン）が確保されると共に、乗員への衝撃が緩和される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る鉄道車両の排障板支持構造を示す側面図、図２は同平面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、走行中に軌道上の障害物を排除する排障板１は、馬蹄形状に曲げられた形状で、前頭部１Ａと、その左右両端より後方に延びる左右側部１Ｂ，１Ｃとにより構成される。前記排障板１の左右側部１Ｂ，１Ｃの上縁部が、複数の排障板吊り金具２を介して、クラッシュゾーンＳより後方で上部支持部材３に固定されている。この上部支持部材３が、車体台枠１０に取り付けられている。これにより、排障板１全体が、排障板吊り金具２および上部支持部材３を有する排障板支持装置２２を介して、車体台枠１０に吊り下げ状態で取り付けられる。つまり、排障板１の前頭部１Ａは、車体台枠１０に直接的には支持されていない。
【００１８】
前記排障板１の前頭部１Ａの後側には、後方に突出するように連結ブラケット４が設けられ、その連結ブラケット４が、車体前後方向に配置されたエネルギー吸収要素としての四角筒状の衝撃吸収用パイプ部材５の前端部に連結されている。よって、排障板１の後方には、従来のように排障板に沿うように複数枚の板ばねを重ねた緩衝板が設けられていない。衝撃吸収用パイプ部材５には、切り欠き部５ａが上側に向けられた形で形成され、左右対称に配置される構成とされている。この切り欠き部５ａが形成された衝撃吸収用パイプ部材５の前端部が、エネルギー吸収のための蛇腹変形を引き起こすトリガー部として機能する。このように、従来の緩衝板に代えて、四角筒状の衝撃吸収用パイプ部材５を用いているので、重量軽減の点で有利な構造となっている。
【００１９】
なお、前記衝撃吸収用パイプ部材は、１つである必要はなく、複数本であっても差し支えないが、その場合は、左右対称に配置することが望ましい。排障板１から前端部に車両進行方向の衝撃が作用したときに、各衝撃吸収用パイプ部材（エネルギー吸収要素）にバランスよく荷重が作用するので、各衝撃吸収用パイプ部材が車体左右方向において倒れることなく、蛇腹変形によってエネルギー吸収がなされるからである。
【００２０】
また、前記衝撃吸収用パイプ部材５の後端部は、車体左右方向に延びる閉断面構造の下部支持部材６に連結されている。この下部支持部材６の両端部には、それぞれ鉛直方向に配置される左右支持部材７Ｌ，７Ｒの下端部に連結され、左右支持部材７Ｌ，７Ｒの上端部は、クラッシュゾーンＳより後方で、車体台枠１０に締結固定されている。また、下部支持部材６の後側には、後方にかつ斜め上方に向かって延びる左右の傾斜支持部材８Ｌ，８Ｒによって車体台枠１０に連結されている。このようにして、衝撃吸収用パイプ部材５の後端部を支持するエネルギー吸収要素支持装置２１が、前記支持部材６，７Ｌ，７Ｒ，８Ｌ，８Ｒによって構成されている。
【００２１】
このエネルギー吸収要素支持装置２１の側方位置で、前述したように、排障板１の左右側部の上縁部が、排障板支持装置２２（排障板吊り金具２および上部支持部材３）を介して、車体台枠１０に支持されている。よって、排障板１の左右側部の上縁部が、排障板支持装置２２を介して車体台枠１０に取り付けられる位置は、運転室１３が設けられている位置より前方部位であり、運転室１３がクラッシュゾーンＳより後方に位置する。
【００２２】
このように排障板１の後側に衝撃吸収用パイプ部材５を配設し、その後端部を、車体台枠１０に取り付けられるエネルギー吸収要素支持装置２１（支持部材６，７Ｌ，７Ｒ，８Ｌ，８Ｒ）に連結する構成とすることで、衝突エネルギーを吸収するための変形ストロークを十分に長くすることが可能となる。また、車体前頭部のクラッシュゾーンＳより後方で、排障板支持装置２１（支持部材２，３）によって排障板１を支持することで、クラッシュゾーンＳに、支持剛性の高い支持装置を設ける必要がなくなることおよび排障板１の拘束を緩和することになり、衝突時のピーク荷重を抑制し、良好な耐衝突性を得ることができる。
【００２３】
特に、前記クラッシュゾーンＳよりも後方に、運転室１３を含む乗員の生存区間（サバイバルゾーン）を位置させることができるようになるので、衝突時に運転室１３まで圧壊するのを回避して、乗員の生存区間を確保することが可能となる。すなわち、衝撃吸収用パイプ部材５による衝突エネルギーの吸収は、運転室１３より前方に離れたクラッシュゾーンＳにおいて行われるので、乗員の生存区間（サバイバルゾーン）が確保されると共に、乗員への衝撃が緩和される。
【００２４】
また、前記排障板１は、下部になるほど前方あるいは側方に位置するように傾斜する形状とされ、前頭部の上縁部付近にほぼ直方体形状のブロック９が取り付けられ、このブロック９の前面の略鉛直下方に、前記排障板１の前頭部の下縁部が位置するようになっている。なお、前記ブロック９の前面はほぼ鉛直面内において広がるように平面となっているが、背面は排障板１に対応するように傾斜面となっている。
【００２５】
このように、前記排障板１の前頭部の上縁部付近にほぼ直方体形状のブロック９を取り付け、ブロック９の前面の略鉛直下方に前記排障板１の前頭部の下縁部が位置するようにしているので、車両同士の衝突の際に、排障板１の上側部分（ブロック９の前面）と下側部分（排障板１の下縁部）とが同時に衝突するようになり、排障板１のすくい角により生ずる上下方向の荷重が低減されて、排障板１の圧壊変形が車両前後方向に生じるように安定させることができる。
【００２６】
そして、走行中に軌道上の障害物を排除する排障板１に必要以上に大きな衝突エネルギーが作用した場合には、排障板１が圧壊して衝突エネルギーを吸収するだけでなく、衝撃吸収用パイプ部材５の蛇腹変形によっても吸収され、衝突エネルギーの吸収効果も、従来構造（排障板に沿うように前記排障板の後側に複数枚の板ばねを重ねた緩衝板を設ける構造）と同等若しくは優れる。
【００２７】
続いて、本発明に係る排障板支持構造の排障板に１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面衝突させて衝突荷重が作用した場合の変化の状態をシミレーション解析した結果を図３（ａ）〜（ｄ）を、そのときの排障板（排障装置）の反力を図４にそれぞれ示す。この場合、図３（ａ）〜（ｄ）は、衝突からの経過時間Ｔがそれぞれ０sec，０．０１２sec，０．０３sec，０．０８６secの変形図である。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｄ）および図４より、１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面衝突させて衝突荷重が作用した場合には、その衝突エネルギーは、衝突から０．３sec経過するまでの排障板の変形およびそれの後側の衝撃吸収用パイプ部材の蛇腹変形によって、クラッシュゾーンＳにおいて吸収緩和される。なお、Ｔ＝０secからＴ＝０．０３secまでの間で、進行方向反力が８０tonfを超えることがなく、衝突時のピーク荷重があまり高くならないことがわかる。
【００２９】
また、同様に、本発明に係る排障板支持構造を採用した排障板に１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面からずれて（車体中心より７５０mmほど右側にずれて）衝突させた場合を図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。この場合は、図５（ａ）〜（ｃ）は、衝突からの経過時間Ｔがそれぞれ０sec，０．０１５sec，０．０３secの変形図である。
【００３０】
この場合も、図５（ａ）〜（ｃ）により、１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面からずれて衝突させて衝突荷重が作用した場合には、剛体球の排障板に対する入射角が浅いため、衝突から０．３sec経過するまでの間に、主として排障板の変形によって、衝撃を吸収緩和すると共に、剛体球を軌道外に排除するようになることが分かる。
【００３１】
さらに、本発明に係る排障板支持構造を採用した車体に剛壁Ｏｂを衝突させて衝突荷重が作用した場合の変化の状態を、シミレーション解析した結果を、図６（ａ）〜（ｅ）に示す。この場合、図６（ａ）〜（ｅ）は、ストローク量Ｄｓがそれぞれ０mm，２５０mm，５００mm，７５０mm，１０００mmの変形図である。
【００３２】
前記実施の形態においては、エネルギー吸収要素として、エネルギー吸収に有利である蛇腹変形を起こしやすく、重量を軽減できる点から、四角筒形状の衝撃吸収用パイプ部材を用いているが、本発明においては、それに制限されるものではなく、他の周知のエネルギー吸収要素を用いることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように実施され、以下に述べるような効果を奏する。
【００３４】
請求項１の発明は、排障板および後方のエネルギー吸収要素を、クラッシュゾーンより後方で支持するために、クラッシュゾーンでは排障板を支持する強固な部材を不要とし、排障板の拘束を緩和して、クラッシュゾーンの破壊時のピーク荷重を低く抑制するようにしているので、良好な耐衝突性を得ることができる。
特に、排障板を、下部になるほど前方あるいは側方に位置するように傾斜する形状とし、前頭部の上縁部付近にほぼ直方体形状のブロックを取り付け、このブロックの前面の略鉛直下方に、前記排障板の前頭部の下縁部が位置するようにしているので、車両同士の衝突の際に、排障板のすくい角により生ずる上下荷重をなくし、排障板の圧壊変形が前途方向に生じるように安定させることができる。
【００３５】
請求項２記載のように、前記排障板の左右側部の上縁部を、運転室の位置より前方部位において、排障板支持装置に取り付けるようにすれば、前記クラッシュゾーンよりも後方に、運転室を含む乗員の生存区間（サバイバルゾーン）を位置させることが可能となり、衝突時に運転室まで圧壊するのを回避して、乗員の生存区間を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る本発明に係る鉄道車両の排障板支持構造を示す側面図である。
【図２】同平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の構造を採用した排障板に１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面衝突させて衝突荷重を作用させた場合の変化の状態をシミレーション解析した結果を示す模式図である。
【図４】本発明に係る排障支持構造において、１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面衝突させた場合の進行方向反力の時間的変化を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の構造を採用した排障板に１００ｋｇの剛体球を時速３００km/hで正面からずらせて衝突荷重を作用させた場合の変化の状態をシミレーション解析した結果を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明の構造を採用した車体に剛壁を衝突させて衝突荷重が作用した場合の変化の状態を、シミレーション解析した結果を示す図である。
【図７】従来の鉄道車両の排障板支持構造を示す側面図である。
【図８】同平面図である。
【符号の説明】
１ 排障板
１Ａ 前頭部
１Ｂ 左側部
１Ｃ 右側部
２ 排障板吊り金具
３ 上部支持部材
５ 衝撃吸収用パイプ部材（エネルギー吸収要素）
５ａ 切り欠き部
６ 下部支持部材
７Ｌ，７Ｒ 左右支持部材
８Ｌ，８Ｒ 左右の傾斜支持部材
９ ブロック
１０ 車体台枠
１１ 連結器
１２ ゴム緩衝器
１３ 運転室
２１ エネルギー吸収要素支持装置
２２ 排障板支持装置

Claims (2)

1. 走行中に軌道上の障害物を排除する排障板を車体台枠に支持する鉄道車両の排障板支持構造であって、
   前記排障板の前頭部の後側に、車両前後方向に延びるエネルギー吸収要素が配設され、このエネルギー吸収要素の後端部が、エネルギー吸収要素支持装置を介して前記車体台枠に取り付けられる一方、
   前記排障板の左右側部の上縁部が、前記エネルギー吸収要素支持装置の側方位置で前記車体台枠に支持され、
   前記排障板は、下部になるほど前方あるいは側方に位置するように傾斜する形状とされ、前頭部の上縁部付近にほぼ直方体形状のブロックが取り付けられ、このブロックの前面の略鉛直下方に、前記排障板の前頭部の下縁部が位置していることを特徴とする鉄道車両の排障板支持構造。
2. 前記排障板の左右側部の上縁部が、運転室の位置より前方部位において、排障板支持装置を介して車体台枠に取り付けられている請求項１記載の鉄道車両の排障板支持構造。

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