JP3845144B2 - 車両用ボルスタレス台車 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用ボルスタレス台車に関し、詳しくは、台車と車体とを空気ばねによって直接結合する簡単な構造の鉄道車両用ボルスタレス台車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来知られる鉄道車両用のボルスタレス台車で現用のものとしては、例えば図10〜図12に示すようなものがある。
【0003】
このものは前後2組の輪軸a、bと、台車枠cとがそれぞれ軸箱d、軸バネeを介して連結され、台車枠cの側梁fの中央部付近に置かれた空気バネgを介して台車枠cと車体hとが直接結合されている。
【0004】
前後方向には、車体hの下部から台車中心部へ下向きに延びる中心ピンiと台車枠cを連結する牽引リンクjにより支持されている。また、ボルスタレス台車はひとたび図9の(b)に実線と仮想線とで示すような台車ピッチング振動が起こると、これを減衰させる機構を持たないために、台車ピッチングが収まり難い傾向がある。これを解消するため従来は、牽引リンクjの前記中心ピンiを利用した連結にて、牽引リンクjの設置高さを図11、図12に示すように輪軸a、bの中心高さに近づけることにより、台車ピッチングを励起させにくくしたり、図示しないが、軸バネに平行な軸ダンパを設けて、発生した台車ピッチングを減衰させるようにしたりしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の中心ピンを持ったボルスタレス台車では、かさ張りの大きな中心ピンが台車の中に占める空間を確保するために、台車の軸距lが図6の(b)に示すように長くなり、この長くなる分だけ、図7の仮想線で示すようにアタック角θが増大し、前後輪m、nが軌条の曲線に沿い難くなるので、曲線通過時の横圧が高くなり勝ちである。この横圧を低減するためには前後の輪軸a、bが軌条の曲線のラジアル方向に向くように支持するアンカーフレームを設けたり、実開平5−56721号公報で知られるような輪軸a、bが前記ラジアル方向に向くように操舵する台車操舵機構と云った特殊な構造を設ければよいが、台車の構造が複雑になりコストが上昇するなど他の問題が生じる。
【0006】
また、側梁fは両端部を軸バネeによって下方から支持され、中央部には空気バネgを介して車体の荷重が上方から働くので、側梁fには図8の(b)に示すように、中央部を境にした曲げモーメントMが常時発生している上、前後の軸バネeの支持点間の距離も上記した長い軸距lに比例して大きなものとなること、および上記の中心ピンiが重量物であって、その分だけバネ上質量、つまり車体h側の質量が増大することとによって、側梁fの必要強度が高くなり、側梁fは断面係数が大きく強固なものに設計せざるを得ず、台車の軽量化の妨げになっている。
【0007】
このため、近時の車両の高速化、消費電力の低減、ランニングコストの低減などに伴う、台車の軽量化の要求に応えられないものとなっている。
【0008】
一方、特開昭61−21861号公報は、軸箱真上の台車枠と車体間に設けられ車体荷重を台車枠に伝達する空気バネを設け、車体の荷重がこれら空気バネおよび一次ばねを通して車輪に伝達されるようにしたことにより、台車枠の側梁の断面係数を下げることができ軽量化が図れる技術を開示している。
【0009】
しかし、このものは、一端を車体下部に取付け他端を台車枠に掛合して、台車枠と車体間の前後、左右力のみを伝達する中央ピンを依然として採用している。
【0010】
このため、中心ピンが重量物であること、および軸距が長いことによる上記各種の弊害は、発生しなくなっているバネ上質量による側梁の曲げモーメントへの影響を除いて、なお残っている。
【0011】
本発明の目的は、台車の質量および専有面積をともに小さくして台車ピッチングを抑制しながら、曲線通過時の横圧を特別な操舵機構なしに低減でき、かつ構造が簡単でより軽量な車両用ボルスタレス台車を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項1の発明の車両用ボルスタレス台車は、前後の車軸の両端部にある各軸箱と側梁とを連結する各一次ばねの直上部近傍に、台車枠と車体とを連結する空気ばねを有し、側梁の中央部どうしを連結した1つの横梁の中央部に一端を連結し他端を車体の下部に中心ピンなしに連結する牽引リンクを設け、台車枠の左右に設けた空気バネの高さ調節機構における左側の高さ調節機構が、互いに連通し合う左側の前後の空気バネの高さ調節を行い、右側の高さ調節機構が互いに連通し合う右側の前後の空気バネの高さ調節を行い、左右の空気バネどうしは連通させていないことを特徴とするものである。
【0013】
このような構成では、一次バネの直上近傍に位置して台車枠の前後左右部を車体と結合する空気バネが、内部の上下減衰機能も手伝って、台車のピッチング変位、ピッチング速度に対しても復元反力、減衰力を発揮して、台車のピッチング剛性およびピッチング減衰性を向上させるので、台車ピッチング振動を抑えながら、従来ピッチング励振を避けるために中心ピンを利用した連結にて車軸中心高さ程度まで下げていた牽引リングを、中心ピンなしに台車枠の上部位置にて台車枠と車体下部とを連結して車体の前後力を台車枠に伝達することができ、これによって、車体を主体とするバネ上質量が、重量物である中心ピンをなくした分だけ小さくなることと、バネ上質量による荷重は車両用ボルスタレス台車において空気バネおよび一次バネにて車軸に伝達されて、台車枠の側梁に空気バネを介したバネ上質量による曲げモーメントが生じなくなることとが相乗して、側梁の必要強度を2重に低減することができるし、中心ピンがないことによりこれを台車枠の中に設ける空間が不要になって、艤装スペースが増大し、かつ、台車枠自体が軸距を必要最小限に短くした専有面積の小さいコンパクトなものとなるので、台車枠を大幅に軽量化することができ、近時の車両の高速化に伴う軽量化の要求に十分に応えられるものとなる。しかも、軸距が短いことにより軌条の曲線部を走行するときのアタック角が減少して横圧が小さくなるので、特別な台車操舵機構を省略することができ、台車のさらなる簡略化と軽量化を達成することができ、コストも低減することができる。そして、台車枠の側梁および横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなる。このため、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
特に、前後の空気バネどうしを連通させることで、従来と同じ左右各1個づつの高さ調節装置が使用でき、これらは前後方向の中央位置にあるため、高さ検知に対する台車のピッチングの影響を排除することができる。一方、左右の空気バネどうしは連通していないことと、空気バネの1個当たりの上下剛性を従来の空気バネの半分よりも大きくすることとにより、従来ロール剛性を補う目的で使用されたアンチローリング装置を用いることなく車体のロール剛性を増大させることができると言う長所もある。
また、台車枠の2つの側梁および1つの横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなり、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の幾つかの実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
(実施の形態1)
本実施の形態1は図1〜図3に示すように、1つの軸箱1を1か所の軸バネ2によって支持する軸箱支持方式の車両用ボルスタレス台車の場合で、これの台車枠5は図2、図3に示すように左右の側梁6の中央部どうしを横梁9によって連結して構成されている。軸箱1は車輪3と一体形成された車軸である前後2本の輪軸4a、4bの両端に設けられ、前後の輪軸4a、4bの左にある軸箱1は台車枠5の左側の枠材である側梁6の前後各部と対向し、前後の輪軸4a、4bの右にある軸箱1は台車枠5の右側の枠材である側梁6の前後各部に対向している。軸バネ2は一次バネであり前記各軸箱1とこれが対向する台車枠5の側梁6の各部との間を連結している。
【0016】
車両用ボルスタレス台車において台車枠5と車体8を連結する二次バネである空気バネ7は、前記一次バネである軸バネ2の直上部にて、台車枠5と車体8とを連結している。具体的には側梁6にある軸バネ2を受けるバネ帽11上に空気バネ7を設けてある。これにより、車体8の荷重は台車枠5を通らずに直接空気バネ7から軸バネ2に働き、台車枠5にバネ上荷重を支持するための強度が要らなくなる。このような強度上の面からは、空気バネ7は軸バネ2の真上にあるのが最適であるが、他のものとの配置の関係によっては、軸バネ2の真上の位置から前後左右に若干オフセットした位置に設けられてもほぼ同様な特徴を発揮する。
【0017】
また、本実施の形態1では車体8の前後力を台車枠5に伝達するため、横梁9の中央部に一端を連結し他端を車体8の下部に中心ピンなしに連結する牽引リンク12を設けてある。ところで、上記のように設けられた空気バネ7は、軸バネ2の直上近傍に位置して台車枠5の前後左右部分を車体8と結合し、内部に有する図9の(a)に模式的に示した上下減衰機能13と相まって、台車のピッチング変位、ピッチング速度に対しても復元反力、減衰力を発揮して、台車のピッチング剛性およびピッチング減衰性を向上することによって、台車ピッチング振動を抑えながら、従来ピッチング励振を避けるために中心ピンを利用した連結によって輪軸4の中心高さ程度まで下げていた牽引リンク12を、中心ピンを用いない連結によって本実施の形態1のように台車枠5上部位置に設けて台車枠5と車体8下部とをそれぞれに設けた金具16、18を介しただけで連結し、車体8の前後力を台車枠5に伝達することがきるようになる。
【0018】
これによって、車体8を主体とするバネ上質量が、重量物である中央ピンをなくした分だけ小さくなることと、バネ上質量による荷重は図8の(a)に示すように車両用ボルスタレス台車において空気バネ7および軸バネ2にて輪軸4a、4bに伝達されて、台車枠5の側梁6に空気バネ7を介したバネ上質量による曲げモーメントが生じなくなることとが相乗して、側梁6の必要強度を2重に低減することができるし、中央ピンがないことによりこれを台車枠5の中に設ける空間が不要になって、各種機器を付帯するための艤装スペースが増大し、かつ、台車枠5自体が図6の(a)、図7の実線で示すように軸距Lを必要最小限に短くした専有面積の小さいコンパクトなものとなるので、台車枠5を大幅に軽量化することができ、近時の車両の高速化に伴う軽量化の要求に十分に応えられるものとなる。なお、図2に示す金具17は車体8側の左右動ストッパ受であり、過剰の左右力を伝達する。
【0019】
しかも、軸距Lが短いことにより軌条の曲線部を走行するときの、車輪3と軌条の方向のずれであるアタック角Θが図7の実線で示すように従来のθに比し減少して横圧が小さくなるので、特別な台車操舵機構を省略することができ、台車のさらなる簡略化と軽量化を達成することができ、コストも低減することができる。
【0020】
さらに、本実施の形態1では、台車枠5の左右に空気バネ7の高さ調節機構14、15が設けられている。各高さ調節機構14、15は台車枠5の左右における前後方向の中央位置にあり、左側の高さ調節機構14は互いに連通し合う左側の前後の空気バネ7、7の高さ調節を行い、右側の高さ調節機構15は互いに連通し合う右側の前後の空気バネ7、7の高さ調節を行う。このように前後の空気バネ7どうしを連通させることで、従来と同じ左右各1個づつの高さ調節装置が使用でき、これらは前後方向の中央位置にあるため、高さ検知に対する台車5のピッチングの影響を排除することができる。一方、左右の空気バネ7どうしは連通していない。このことと、空気バネ7の1個当たりのの上下剛性を従来の空気バネの半分よりも大きくすることとにより、従来ロール剛性を補う目的で使用されたアンチローリング装置を用いることなく車体8のロール剛性を増大させることができると言う長所もある。
【0021】
また、本実施の形態1では、台車枠5の側梁6および横梁9が細くてよく、側梁6は曲がりやすく横梁9はねじれやすくなることから、台車枠5はねじれに対してはしなやかとなる。このため、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
【0022】
(実施の形態2)
本実施の形態2は、1つの軸箱1を2つの軸ばね2によって支持するタイプの車両用ボルスタレス台車を示し、本実施の形態2でも空気バネ7の位置は軸箱1の真上に位置しているが、空気バネ7の位置を軸箱1の真上の位置から前後左右に少しオフセットした位置に設けられてもよいことは実施の形態1の場合と同様である。
【0023】
他の構成および奏する作用効果は実施の形態1と変わらないので、説明は省略する。
【0024】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、台車ピッチング振動を抑えながら、牽引リンクを台車枠上部位置に設けて中心ピンなしに台車枠と車体下部とを連結して車体の前後力を台車枠に伝達でき、車体を主体とするバネ上質量が、重量物である中央ピンをなくした分だけ小さくなることと、台車枠の側梁に空気バネを介したバネ上質量による曲げモーメントが生じなくなることとが相乗して、側梁の必要強度を2重に低減することができるし、中央ピンがないことにより艤装スペースが増大し、かつ、台車枠自体が軸距を必要最小限に短くした専有面積の小さいコンパクトなものとなるので、台車枠を大幅に軽量化することができ、近時の車両の高速化に伴う軽量化の要求に十分に応えられるものとなる。しかも、軸距が短いことにより軌条の曲線部を走行するときの横圧が小さくなり、特別な台車操舵機構を省略することができ、台車のさらなる簡略化と軽量化を達成することができ、コストも低減することができる。そして、台車枠の側梁および横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなる。このため、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
特に、前後の空気バネどうしを連通させることで、従来と同じ左右各1個づつの高さ調節装置が使用でき、これらは前後方向の中央位置にあるため、高さ検知に対する台車のピッチングの影響を排除することができる。一方、左右の空気バネどうしは連通していないことと、空気バネの1個当たりの上下剛性を従来の空気バネの半分よりも大きくすることとにより、従来ロール剛性を補う目的で使用されたアンチローリング装置を用いることなく車体のロール剛性を増大させることができると言う長所もある。
また、台車枠の2つの側梁および1つの横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなり、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1としての車両用ボルスタレス台車の全体構成を示す側面図である。
【図2】図1の台車の平面図である。
【図3】図1の台車の背面図である。
【図4】本発明の実施の形態2としての車両用ボルスタレス台車の全体構成を示す側面図である。
【図5】図4の台車の平面図である。
【図6】実施の形態1と従来の台車との構造および大きさの違い等を比較した模式図である。
【図7】実施の形態1と従来の台車との軸距の違いによるアタック角の違いを示す模式図である。
【図8】実施の形態1と従来の台車との側梁に対するバネ上質量の影響の違いを示す模式図である。
【図9】実施の形態1と従来の台車との台車ピッチング剛性、減衰性を比較した模式図である。
【図10】従来の車両用ボルスタレス台車の側面図である。
【図11】図10の台車の平面図である。
【図12】図10の台車の背面図である。
【符号の説明】
1 軸箱
2 軸バネ
3 車輪
4a、4b 輪軸
5 台車枠
6 側梁
7 空気バネ
8 車体
9 横梁
12 牽引リンク
16、18 金具
Claims (1)
- 前後の車軸の両端部にある各軸箱と側梁とを連結する各一次ばねの直上部近傍に、台車枠と車体とを連結する空気ばねを有し、
側梁の中央部どうしを連結した1つの横梁の中央部に一端を連結し他端を車体の下部に中心ピンなしに連結する牽引リンクを設け、
台車枠の左右に設けた空気バネの高さ調節機構における左側の高さ調節機構が、互いに連通し合う左側の前後の空気バネの高さ調節を行い、右側の高さ調節機構が互いに連通し合う右側の前後の空気バネの高さ調節を行い、左右の空気バネどうしは連通させていない
ことを特徴とする車両用ボルスタレス台車。
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JPH09301163A JPH09301163A (ja) | 1997-11-25 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
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- 1996-05-14 JP JP11896296A patent/JP3845144B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN102490755A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-06-13 | 济南轨道交通装备有限责任公司 | 高速铁路货车转向架 |
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