JP4126750B2 - 鉄道車両用車体支持装置 - Google Patents

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、台車枠と車体の間で車体の進行方向に交差する左右方向の各左右側に設ける左右一対の空気ばねで車体を支持する鉄道車両用車体支持装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の車体支持装置は、一般に左右一対の二次ばねで車体を上下方向及びローリングに対して支持している。このばねの上下ばね定数は、軌道の高低狂いによる車体の上下振動を絶縁するには低い方が良いが、曲線通過時の遠心力による車体のローリングを押さえるには逆にある程度高い方が良い。そのため、上下ばね定数は両者の妥協点を求めて決める。
【０００３】
特に、ばね定数の低い空気ばねを用いた場合には、空気ばねの取り付け位置を車体の重心に近づけるように高く、かつ左右間隔を広げて車体ローリングを押さえる対策がとられている。しかし、この方法では構造上の限度があるため、一部の車体支持装置では、車体と台車間にトーションバーを用いたアンチローリング装置を取り付けたものがある。
【０００４】
前記従来技術のアンチローリング装置を取り付けた車体支持装置の一例を図４に示す。台車枠１２と車体１１の間の左右側に一対の空気ばね６を設けて車体１１を支持している。空気ばね６は、それぞれ高さ調整弁１０により、台車と車体の間に設定した範囲内の高さになるように調整する。また、空気ばね本体と台車枠内に形成した補助空気室８との間に設けた絞り７は、上下振動及びローリング振動に対する減衰作用を担っている。アンチローリング装置は、トーションバー２０の両端に、上下リンク２１と水平リンク２２からなるリンク装置の左右２組を設けてなる。この装置では、トーションバー２０のねじり剛性によってローリングを抑制する。
【０００５】
前記構成の車体支持装置では、アンチローリング装置のリンクを経て台車からの高周波振動が伝わりやすく、乗り心地上問題となることがある。また、車体から台車を切り離す場合、切り放す箇所が多く作業性が劣る。
【０００６】
前記車体支持装置に見られる台車の切り離し作業性を改善した車体支持装置が提案されている(特公平4-3346号公報)。この車体支持装置は、図5に示すように、台車の中心に設けた1個の空気ばねで車体を支持する。その構造は、上から見て、上部を車体の底面に取り付けて下方に延ばした中心ピン23、空気ばね受け24、空気ばね25、台車枠26、空気ばね受け24と台車枠26の間を前後方向に拘束した牽引リンク27、及び左右の牽引リンク27の端部間に結合したトーションバー28で構成する。
【０００７】
この改良された車体支持装置は、車体から台車を切り離す場合、中心ピン２３と空気ばね受け２４の間で切り離すため作業性が良い。しかし、ローリングを負担する唯一の装置がトーションバー２８では、ローリング振動に対する減衰がほとんど期待できない。また、トーションバー２８の左右端間隔が比較的狭いため、ローリング抑制性能は、図４に示す装置よりも劣るものと考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のごとく、従来の車体支持装置は乗り心地に問題があり、その上台車の切り離し作業性が悪い。また、改良された車体支持装置は台車の切り離し作業性は良いが、ローリング抑制性能が劣る。このように従来技術には多くの問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、上下振動や高周波振動に対する絶縁性が良く、曲線通過時の過大な車体ローリングが抑制でき、またローリング振動に対する減衰性能を持つ鉄道車両用車体支持装置を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、台車枠と車体の間で車体の進行方向に交差する左右方向の各左右側に設けた2個の空気ばねで車体を支持する鉄道車両用車体支持装置を対象とする。車体と台車枠間の左右方向中心に、変位する方向にばね力が発生する負のばね定数を示す特性の上下剛性を持つ上下剛性調整用空気ばねを配置する。該空気ばねの内筒側を車体底面から垂下した牽引リンク受け座に取り付け、外筒側を台車枠にそれぞれ取り付ける。そして、該空気ばねの空気圧を調圧弁により設定圧力に保持するように構成する。
また、前記鉄道車両用車体支持装置において、ベローズが空気ばねの内筒側には固定し、外筒側には単に接触している上下剛性調整用空気ばねを有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、車体１１、台車枠１２の左右側に設けた２個の空気ばね６で支持する。空気ばね６は、それぞれに対設した高さ調整弁１０によって車体１１と台車１２との間に設定した高さ範囲内になるように高さが調整される。また、空気ばね６の本体と台車枠１２に形成した補助空気室８との間に設けた絞り７は、上下振動とローリング振動に対する減衰を担っている。台車枠１２の左右方向中心にある上下剛性調整用空気ばね１は、内筒側を車体１１の底面から垂下した牽引リンク受け座１３に取り付け、外筒側を台車枠１２に取り付ける。そして、車体支持用の左右の空気ばね６のばね定数は、耐ローリング性を考慮して従来の空気ばね定数よりも高めに設定する。また、上下剛性調整用空気ばね１は、変位する方向にばね力が発生する負のばね定数を示す特性がある。この上下剛性調整用空気ばね１は、台車の中心に設置するので、車体の純粋なローリングに対しては、ばね作用がない。
【００１２】
ここで、車体支持用空気ばね６の上下ばね定数をｋｖ１、上下剛性調整用空気ばね１の上下ばね定数を−ｋｖ２、左右空気ばね間の間隔を２ｂとする。すると、１台車当たりの上下ばね定数は、２ｋｖ１−ｋｖ２、ローリングに対する回転ばね定数は、２ｂ²・ｋｖ１となり、上下ばね定数が低く、ローリングに対する回転ばね定数を高めにしても、−ｋｖ２だけ上下ばね定数を低くできる。
【００１３】
次に、図２により上下剛性調整用空気ばね１について説明する。この空気ばねの特性は、主にベローズ２、内筒ゴム３ａ、３ｂ、外筒ゴム４の形状で決まる。負のばね定数をとるには、内筒ゴム３ａ、３ｂと外筒ゴム４が上下方向中央部でベローズ側にせり出し、中央部から上下端に向かってせり出し量が次第に小さくなるような形状とする。
【００１４】
上下ばね定数は、空気ばねの有効径を２Ｒｅ、内筒の傾き角をα、外筒の傾き角をβ、空気ばね内圧（ゲージ圧）をＰｇとすると、
【００１５】
【数１】

【００１６】
ここで、
【００１７】
【数２】

【００１８】
で表される。
【００１９】
（１）式より、内圧Ｐｇが高いほど、負のばね定数が大きくなることから、供給空気は空気元溜め圧の下限値程度の高い圧力とすることが効果的であることがわかる。
【００２０】
ベローズ２は、内筒側の２か所で固定し、外筒５側では固定せず、内圧を抜くと外筒ゴム４と軽く接触する程度となる。これにより、車体から台車を抜く場合、空気ばねの内圧を抜くだけの簡単な操作により、上下調整用空気ばね１は、車体側と台車側に分離できる。したがって、従来例である図４のアンチローリング装置に見られる、台車を切り放すときの締結部品の解放作業は必要ない。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例を図１〜図３に基づいて説明する。台車１２の左右方向中心にある上下剛性調整用空気ばね１は、内筒側を車体１１の底面から垂下した牽引リンク受け座１３に取り付け、外筒側を台車枠１２に取り付けてある。したがって、この空気ばねのとり得る半径方向の大きさは、ある程度制限される。このような条件から上下剛性調整用空気ばねのばね定数を求める。
【００２２】
上下剛性調整用空気ばね１の空気ばね有効径２Ｒｅ＝０．３６ｍ、使用する内圧は空気元溜め下限値より若干低い０．５ＭＰａ、内筒ゴム３と外筒ゴム４の傾き角をα＝β＝３０度とすると、（１）式、（２）式より上下ばね定数−ｋｖ２＝−３２６ｋＮ／ｍとなる。
【００２３】
本発明による前記上下ばね定数の上下剛性調整用空気ばねを用いた車体支持装置と、従来のアンチローリング装置を持たない車体支持装置のばね定数を表１に比較して示す。両者の車体支持装置の上下ばね定数を同一に合わせて、回転ばね定数を比較すると本発明の方が高い。したがって、本発明の実施によると、曲線通過時の車体ローリングを押さえる効果が大きいことがわかる。なお、左右空気ばねの間隔は２ｂ＝１．９ｍとした。
【００２４】
【表１】

【００２５】
また、従来のアンチローリング装置を装備した図４及び図５の車体支持装置は、本発明と同等の車体支持装置上下ばね定数と回転ばね定数が実現可能である。しかし、前記のように高周波振動絶縁性やローリング振動減衰性において本発明の方が優れている。
【００２６】
次に、本発明の上下剛性調整用空気ばねの一実施例を図２に基づいて説明する。ベローズ２の内側は円環状に切り開いて、上下端間に押さえリング９を置き、上下２つ割の上下内筒ゴム３ａ、３ｂの間に挟み、牽引リンク受け座１３にねじ込まれ、かつ下内筒ゴム３ｂを被嵌した内筒１４を回し、締めつけて固定する。そして、ベローズ２の外周側は外筒ゴム４に単に接触させる。また、空気供給用の配管１５は、車体から牽引リンク受け座１３の内部を通って固定リング９に開けた孔からベローズ２内に開口する。
【００２７】
本発明の上下剛性調整用空気ばね１に空気を供給するための空気配管の一例を図３に示す。空気元溜めより空気配管１６により送られる圧力０．６〜０．８ＭＰａの圧縮空気は、逆止弁１７を経て調圧弁１８で０．５ＭＰａに減圧する。そして、三方コック１９を経て上下剛性調整用空気ばね１に供給する。なお、常時一定空気圧のため、空気ばね定数は一定となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ローリングに対する回転剛性を高く確保したまま車体支持の上下ばね定数を低下することができ、軌道の高低狂いによる上下方向振動の吸収が改善され、乗り心地が向上する。そして、ローリング振動に対し減衰性があり、曲線通過時の過大な車体ローリングが抑制できる。
【００２９】
また、車体と台車との間がリンク機構等の高剛性部材で連結されていないため、台車からの高周波振動の伝達を絶縁できる。更に、車体から台車を切り離す作業が簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の車体支持装置に用いる上下剛性調整空気ばねの一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の車体支持装置に用いる上下剛性調整用空気ばねの空気配管の一例を示す説明図である。
【図４】従来のアンチローリング装置を有する車体支持装置の一例を示す説明図である。
【図５】従来のアンチローリング装置を有する車体支持装置の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 上下剛性調整用空気ばね
２ ベローズ
３ 内筒ゴム
３ａ 上内筒ゴム
３ｂ 下内筒ゴム
４ 外筒ゴム
５ 外筒
６ 空気ばね
７ 絞り
８ 補助空気室
９ 押さえリング
１０ 高さ調整弁
１１ 車体
１２ 台車枠
１３ 牽引リンク受け座
１４ 内筒
１５、１６ 空気配管
１７ 逆止弁
１８ 調圧弁
１９ 三方コック
２０ トーションバー
２１ 上下リンク
２２ 水平リンク
２３ 中心ピン
２４ 空気ばね受け
２５ 空気ばね
２６ 台車枠
２７ 牽引リンク
２８ トーションバー

Claims (2)

1. 台車枠と車体の間で車体の進行方向に交差する左右方向の各左右側に設けた2個の空気ばねで車体を支持する鉄道車両用車体支持装置において、車体と台車枠間の左右方向中心に負の上下剛性を持つ上下剛性調整用空気ばねを配置し、該空気ばねの内筒側を車体底面から垂下した牽引リンク受け座に、また外筒側を台車枠にそれぞれ取り付けることを特徴とする鉄道車両用車体支持装置。
2. ベローズが空気ばねの内筒側には固定し、外筒側には単に接触している上下剛性調整用空気ばねを有することを特徴とする請求項1記載の鉄道車両用車体支持装置。

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