JP3919434B2 - Body support mechanism of single-shaft bogie, railcar bogie using the same, and railcar using the bogie - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の車体を1軸台車により支持する機構、これを用いた1軸台車及び、当該台車を利用した鉄道車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両の走り装置としては、現在では2軸台車が主流である。2軸台車においては、前後2本の輪軸を組込んだ台車枠の中央付近で1台車当り2個または4個のばねで車体を支持する方法が一般的である。近年、車体の軽量化が進み、輪軸の負担荷重に余裕が生じるケースが発生し、荷重の面からは台車に2軸を要しない場合もでてきた。1車両に2台の2軸台車を使用した場合に比べ、1車両に2台の1軸台車を用いれば、輪軸の本数は半分になり、関連する軸受、駆動装置等の部品も半分になる。その結果、重量、コストの低減はもとより、保守の手間も半減することは言うまでもない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一軸台車は台車自体でレール上に安定して立つことができない。すなわち、車軸中心の位置において車体をばねで支持した場合にも、ブレーキやモーター等、非対称に台車枠に取付いた機器の質量によるアンバランスから、台車枠が車軸中心回りに傾くという問題がある。台車枠の一端には、台車から車体へ牽引力や制動力を伝えるための牽引装置があり、台車枠の傾きによって、牽引リンクの支点のゴム等に無理な力が加わり、強度上不利となる。
【0004】
また、軸箱は台車枠から軸箱守によって前後にガイドされ、走行中の振動により軸ばねのたわみ分上下に摺動が生じる。このため、台車枠が傾いていると、案内部分のすり板に偏磨耗が生じる等の不具合が生じる。
【0005】
図1(A)及び図2(A)は、従来の1軸台車支持機構の原理(力学的作用図)を示す。図1(A)は1つの台車につき車体支持ばねを2個使用した例を示し、図2(A)は1つの台車につき車体支持ばねを4個使用した例を示す。また、図3は、図1(A)に対応する従来の台車支持機構の実際の構造(側面図)を示す。図1(A)及び図2(A)の何れの台車枠上においても、重量mgの機器が偏って取り付けられているものとする。
【0006】
図1(A)及び図2(A)において、符号1は車体、2は台車枠、3は輪軸、4は軸受、50及び55は車体支持ばね、7は牽引リンク、8は台車枠2に取り付けられたブレーキやモーター等の機器、0は車軸(軸受)中心を示す。また、aは車軸中心0から車体支持ばね55の中心までの距離、Lは車軸中心0から機器8の質量中心までの距離を示すものとする。牽引リンク7は、台車枠2の一端において、台車から車体1へ牽引力や制動力を伝えるように構成されている。
【0007】
図1(A)及び図2(A)に示す従来の車体支持機構においては、非対称に台車枠2に取付けられた機器8の質量mgによるアンバランスから、各々図1(B)、図2(B)に示すように、台車枠2が車軸中心0まわりに傾いてしまう。その結果、牽引リンク7の支点のゴム等に無理な力が加わり、強度上不利となる。また、台車枠2の傾きにより、案内部分のすり板に偏磨耗が生じる等不具合が起こる。
【0008】
本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、台車枠が車軸中心まわりに傾いてけん引装置や軸箱守やすり板等に悪影響を与えることのないように台車枠を静的に水平に保つための手段を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る車体支持機構においては、機器の質量による車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、台車枠を静的に水平に保つように、当該車軸中心との距離が選択された複数の車体支持ばねを配している。例えば、各々の支点(ばね)に等荷重が作用するような位置に、少なくとも3つの車体支持ばねを車軸中心から離して配置する。また、本発明の第2の態様に係る車体支持機構においては、機器の質量による車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、台車枠を静的に水平に保つように、車体支持ばねの各々のばね剛性を設定する。このように、本発明によれば、1軸台車の台車枠に、車軸中心に対し非対称に偏心して取付けた機器の質量による偏心モーメントが吸収(相殺)可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明に係る鉄道車両を示す。図4に示す鉄道車両には、以下に示す本発明に係る各台車100が使用される。図5及び図6は、本発明の第1の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示し、図5が側面図、図6が車体側(上)から見た平面図である。図5及び図6に示すように、台車枠(2)上において、重量mgの機器8が偏って取り付けられているものとする。
【0011】
図5及び図6において、符号1は車体、2は台車枠、3は輪軸、4は軸受、5は車体支持ばね、7は牽引リンク、8は台車枠2に取り付けられたブレーキやモーター等の機器、0は車軸(軸受)中心を示す。また、aは車軸中心0から車体支持ばね5の中心までの距離、Lは車軸中心0から機器8の質量中心までの距離を示すものとする。牽引リンク7は、台車枠2の一端において、台車から車体1へ牽引力や制動力を伝えるように構成されている。
【0012】
4つの車体支持ばね5は、各々同一のばね剛性を有するものとする。これら4つの車体支持ばね5は、車軸(軸受)中心0からa,bの距離に配置して、台車枠2に非対称に取付けた機器8等による偏心モーメントを相殺(吸収)し、台車枠2が水平を保つようになっている。
【0013】
図7は、図6に対応する第1の実施例の原理(力学的作用図)を示す。図7において、以下の式(1)の関係が成立つ。ここで、各記号の内容は以下の通りである。
W:1台車上に加わる荷重
mg:台車枠2に取り付けられた機器8の重量
a,b:台車枠2上に配置された車体支持ばね5の中心の、車軸(軸受)中心0からの距離
L:台車枠2に取り付けられた機器8の重心と車軸(軸受)中心0との距離
Wa/2+mgL=Wb/2 ・・・(1)
【0014】
従って、以下に示す式(2)すなわち(3)を満足する「a」、「b」を選択することにより、台車枠に作用する車軸(軸受)中心0まわりのモーメーントが釣合い、台車枠を静的に水平に保つことができる。
b=a+2mgL/W ・・・(2)
b/a=1+2mgL/aW ・・・(3)
【0015】
図8及び図9は、本発明の第2の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示し、図8が側面図、図9が車体側(上)から見た平面図である。図8及び図9に示すように、台車枠(2)上において、重量mgの機器8が偏って取り付けられているものとする。なお、上述した第1の実施例と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。本実施例においては、ばね剛性の異なる車体支持ばね15,16を各々2個づつ使用する。
【0016】
図10は、図8及び図9に示す本発明の第2実施例の動作原理(作用)を示す。車体支持ばね15,16は車軸(軸受)中心0から等距離aに配置されるが、そのばね剛性k15,k16 は、以下の式(4)、(5)を満足するように設定されている。ここで、各記号の内容は以下の通りである。
k15,k16:車体支持ばね15,16の上下剛性(ばね剛性)
δ:車体支持ばねのたわみ(台車枠2が水平を保つときの車体支持ばねのたわみは等しくなる条件から)
【0017】
W/2k16+mgL/2ak16
=W/2k15−mgL/2ak15・・・(4)
k16/k15=(1+mgL/aW)/(1−mgL/aW)・・・(5)
【0018】
図11及び図12は、本発明の第3の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示し、図11が側面図、図12が車体側(上)から見た平面図である。図11及び図12に示すように、台車枠(2)上において、重量mgの機器8が偏って取り付けられているものとする。なお、上述した第1及び第2の実施例と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。本実施例においては、上記実施例に使用されているようなコイルばねに換えて、空気ばね25を3個使用している。
【0019】
本実施例においては、3個の車体支持ばね25について、以下の式(6)となるように、式(7)すなわち(8)を満足する「a」、「b」を選択することにより、台車枠2を水平に保つことが可能となる。
Wb/3=2Wa/3+mgL ・・・(6)
b=2a+3mgL/W ・・・(7)
b/a=2+3mgL/aW ・・・(8)
【0020】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。例えば、ばねの種類、機器8の位置等に関しては、上記実施例に限定されない。また、台車枠2に取り付けられる機器8の種類に関しても、モータあるいはブレーキなどに限定されるものではない。すなわち、本発明は、車軸周りに偏心モーメントが生じる状況であれば、いずれのケースにも適用できるものである。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、台車枠(2)に重量のある機器(8)を非対称に取り付けても、台車を水平に保つことができる。このため、けん引リンク支点の負荷が軽減され、軽量小形化によるコスト低減、メンテコストの低減、長寿命化が得られる。更にその結果、軸箱守りすり板の偏磨耗が減少し、メンテコストの低減、長寿命化が得られる。
【0022】
また、第3の実施例のように、車体支持ばねを3つとした場合には、4点支持の場合に比べ、支持ばねが1個少なくて済み、構造簡素化、メンテを含めたコスト低減、軽量化が可能となる。更に、車体支持ばねの配置にスペース的な制約がある場合も、偏心質量による台車枠の傾きを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、従来の1軸台車の構造を示す概略側面図であり、2つの車体支持ばねを使用したケースを示す。
【図2】図2は、従来の1軸台車の構造を示す概略側面図であり、4つの車体支持ばねを使用したケースを示す。
【図3】図3は、図1に示す従来の1軸台車の詳細な構成を示す側面図である。
【図4】図4は、本発明に係る1軸台車100を採用した鉄道車両の概略構成を示す側面図である。
【図5】図5は、本発明の第1の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示す側面図である。
【図6】図6は、第1の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示す平面図である。
【図7】図7は、第1の実施例の作用を説明するための概略側面図及び力学的作用図である。
【図8】図8は、本発明の第2の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示す側面図である。
【図9】図9は、第2の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示す平面図である。
【図10】図10は、第2の実施例の作用を説明するための概略側面図及び力学的作用図である。
【図11】図11は、本発明の第3の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示す側面図及び、当該実施例の作用を説明するための力学的作用図であるである。
【図12】図12は、第3の実施例に係る鉄道車両用1軸台車の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1 車体
2 台車枠
3 輪軸
4 軸受
5,6,15,16,25,50,55 車体支持ばね
7 牽引リンク
8 ブレーキやモーター等の機器
0 車軸(軸受)中心[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanism for supporting a vehicle body of a railway vehicle by a single-shaft carriage, a single-shaft carriage using the same, and a railway vehicle using the carriage.
[0002]
[Prior art]
At present, a two-shaft bogie is the mainstream as a running device for a railway vehicle. In a two-shaft bogie, a general method is to support the vehicle body with two or four springs per bogie near the center of the bogie frame incorporating two front and rear wheel axles. In recent years, the weight of the vehicle body has been reduced, and there has been a case in which there is a margin in the burden load on the wheel axle, and there have been cases where two axes are not required for the carriage in terms of load. Compared to the case of using two 2-axle carts for one vehicle, if two single-axle carts are used for one vehicle, the number of wheel shafts is halved, and the related parts such as bearings and driving devices are also halved. . As a result, it goes without saying that weight and cost are reduced, and maintenance work is halved.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the uniaxial cart cannot stand on the rail with the cart itself. That is, even when the vehicle body is supported by a spring at the center position of the axle, there is a problem that the carriage frame is tilted around the axle center due to unbalance due to the mass of devices such as brakes and motors asymmetrically attached to the carriage frame. At one end of the bogie frame, there is a traction device for transmitting traction force and braking force from the bogie to the vehicle body. The tilt of the bogie frame applies an unreasonable force to the rubber at the fulcrum of the traction link, which is disadvantageous in strength.
[0004]
The axle box is guided back and forth from the carriage frame by the axle box guard, and slides up and down by the deflection of the axle spring due to vibration during travel. For this reason, when the bogie frame is inclined, problems such as uneven wear occur in the sliding plate of the guide portion.
[0005]
FIG. 1A and FIG. 2A show the principle (mechanical action diagram) of a conventional single-shaft carriage support mechanism. FIG. 1A shows an example in which two vehicle body support springs are used for one carriage, and FIG. 2A shows an example in which four vehicle body support springs are used for one carriage. FIG. 3 shows an actual structure (side view) of a conventional cart support mechanism corresponding to FIG. It is assumed that a weight mg device is attached in a biased manner on any of the bogie frames in FIGS. 1 (A) and 2 (A).
[0006]
1A and 2A, reference numeral 1 denotes a vehicle body, 2 denotes a bogie frame, 3 denotes a wheel shaft, 4 denotes a bearing, 50 and 55 denote vehicle body support springs, 7 denotes a traction link, and 8 denotes a
[0007]
In the conventional vehicle body support mechanism shown in FIG. 1 (A) and FIG. 2 (A), from the unbalance due to the mass mg of the
[0008]
The present invention has been made in view of the above situation, and the bogie frame is statically leveled so that the bogie frame does not tilt around the axle center and adversely affect the towing device, the axle box guard file, etc. It is an object to provide a means for maintaining the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the vehicle body support mechanism according to the first aspect of the present invention balances the eccentric moment around the axle center due to the mass of the equipment and keeps the carriage frame statically horizontal. A plurality of vehicle body support springs having a selected distance from the axle center are arranged. For example, at least three vehicle body support springs are arranged away from the axle center at a position where an equal load acts on each fulcrum (spring). In the vehicle body support mechanism according to the second aspect of the present invention, the spring stiffness of each of the vehicle body support springs is balanced with the eccentric moment around the axle center due to the mass of the equipment, and the carriage frame is kept statically horizontal. Set. As described above, according to the present invention, the eccentric moment due to the mass of the device attached to the bogie frame of the single-shaft bogie asymmetrically with respect to the axle center can be absorbed (cancelled).
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 4 shows a railway vehicle according to the present invention. Each
[0011]
5 and 6, reference numeral 1 denotes a vehicle body, 2 denotes a bogie frame, 3 denotes a wheel shaft, 4 denotes a bearing, 5 denotes a vehicle body support spring, 7 denotes a traction link, 8 denotes a brake or a motor attached to the
[0012]
The four vehicle
[0013]
FIG. 7 shows the principle (mechanical action diagram) of the first embodiment corresponding to FIG. In FIG. 7, the relationship of the following formula | equation (1) is materialized. Here, the contents of each symbol are as follows.
W: Load applied on the bogie mg: Weight a, b of the
[0014]
Therefore, by selecting “a” and “b” that satisfy the following expressions (2), that is, (3), the moment around the axle (bearing)
b = a + 2 mg L / W (2)
b / a = 1 + 2 mg L / aW (3)
[0015]
8 and 9 show the configuration of a single-axle truck for a railway vehicle according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 8 is a side view and FIG. 9 is a plan view seen from the vehicle body side (upper side). As shown in FIGS. 8 and 9, it is assumed that the
[0016]
FIG. 10 shows the operation principle (action) of the second embodiment of the present invention shown in FIGS. The vehicle body support springs 15 and 16 are arranged at an equal distance a from the axle (bearing)
k 15 , k 16 : Vertical rigidity (spring rigidity) of the vehicle body support springs 15, 16
δ: Deflection of the body support spring (from the condition that the deflection of the body support spring when the
[0017]
W / 2k 16 + mgL / 2ak 16
= W / 2k 15 -mgL / 2ak 15 (4)
k 16 / k 15 = (1 + mgL / aW) / (1-mgL / aW) (5)
[0018]
11 and 12 show the configuration of a single-axle carriage for a railway vehicle according to a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a side view, and FIG. 12 is a plan view seen from the vehicle body side (upper side). As shown in FIGS. 11 and 12, it is assumed that the
[0019]
In this embodiment, by selecting “a” and “b” satisfying the expression (7), that is, (8) so that the following expression (6) is obtained for the three vehicle body support springs 25, The
Wb / 3 = 2Wa / 3 + mgL (6)
b = 2a + 3 mg L / W (7)
b / a = 2 + 3 mg L / aW (8)
[0020]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples at all, It can change in the category of the technical idea shown by the claim. For example, the type of spring, the position of the
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the carriage can be kept horizontal even if the heavy equipment (8) is asymmetrically attached to the carriage frame (2). For this reason, the load of the tow link fulcrum is reduced, and the cost reduction, the maintenance cost reduction, and the long life can be obtained by reducing the size and weight. As a result, uneven wear of the axle box guarding plate is reduced, maintenance costs can be reduced, and the service life can be extended.
[0022]
Moreover, when the number of body support springs is three as in the third embodiment, the number of support springs is one less than in the case of four-point support, the structure is simplified, and the cost including maintenance is reduced. Weight reduction is possible. Furthermore, even when there is a space restriction on the arrangement of the vehicle body support springs, the tilt of the carriage frame due to the eccentric mass can be effectively prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing the structure of a conventional single-shaft truck, showing a case using two vehicle body support springs.
FIG. 2 is a schematic side view showing the structure of a conventional single-shaft truck, showing a case using four vehicle body support springs.
FIG. 3 is a side view showing a detailed configuration of the conventional single-shaft cart shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of a railway vehicle adopting a single-
FIG. 5 is a side view showing a configuration of a single-shaft bogie for a railway vehicle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a single-axle carriage for a railway vehicle according to a first embodiment.
FIG. 7 is a schematic side view and a mechanical action diagram for explaining the action of the first embodiment.
FIG. 8 is a side view showing a configuration of a single-shaft bogie for a railway vehicle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a single-shaft bogie for a railway vehicle according to a second embodiment.
FIG. 10 is a schematic side view and a mechanical action diagram for explaining the action of the second embodiment.
FIG. 11 is a side view showing a configuration of a single-axle truck for a railway vehicle according to a third embodiment of the present invention, and a dynamic action diagram for explaining the action of the embodiment. .
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a single-axle carriage for a rail vehicle according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記機器の質量による前記車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、前記台車枠を静的に水平に保つように、前記車軸中心との距離が選択された複数の車体支持ばねを配置したことを特徴とする1軸台車の車体支持機構。1-axis bogie for railway vehicles comprising a bogie frame, one axle attached to the bogie frame, two wheels supported by the axle, and equipment asymmetrically attached to the center of the axle In the body support mechanism of
A plurality of vehicle body support springs arranged at a distance from the axle center are arranged so as to balance the eccentric moment around the axle center due to the mass of the equipment and keep the carriage frame statically horizontal. A body support mechanism for a single-shaft trolley.
前記機器の質量による前記車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、前記台車枠を静的に水平に保つように、各々のばね剛性が設定された複数の車体支持ばねを備えたことを特徴とする1軸台車の車体支持機構。1-axis bogie for railway vehicles comprising a bogie frame, one axle attached to the bogie frame, two wheels supported by the axle, and equipment asymmetrically attached to the center of the axle In the body support mechanism of
A plurality of vehicle body support springs each having a spring rigidity set so as to balance the eccentric moment around the axle center due to the mass of the equipment and to keep the carriage frame statically horizontal is provided. Body support mechanism for axle truck.
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