JP4242719B2 - 鉄道車両の車体傾斜装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲線路走行時に、左右の空気バネ高さを変えることによって車体を曲線路内側に傾斜させて、速度の向上と乗り心地の改善を図った鉄道車両の車体傾斜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車体傾斜装置として、台車の枕木方向両側にそれぞれ1個の空気バネを配置し、両空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、車体傾斜制御装置が曲線路の形状データと走行速度から必要な車体傾斜角度を演算し、電磁弁等を作動させて、曲線路外側の空気バネに給気して該空気バネを高くするとともに、曲線路内側の空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させるものがある(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特公昭47−41165号公報(第1〜3頁、図1、2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の空気バネには、受圧面積の関係から大型ダイヤフラム空気バネや大径の多段ダイヤフラム式空気バネが採用されているが、これらの空気バネは、車体傾斜動作時の空気消費量が多いため、車載のコンプレッサ容量及び個数並びに空気溜めタンク容量及び個数を大きく設定する必要がある。また、傾斜動作の応答性を高めるため、大容量の圧縮空気を供給できるように、圧損の小さい大型の弁・大口径の配管等が必要となり、重量増、消費電力増、コストの上昇等の問題があった。
【0005】
そこで本発明は、車体傾斜動作時の空気消費量を少なくすることにより、空気供給系統を小型化し、安価でエネルギー効率のよい鉄道車両の車体傾斜装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明は、台車の枕木方向両側に配置した空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネに給気して該空気バネを高くし、曲線路内側となる空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置において、第1の手段は、前記空気バネを、台車の枕木方向両側に各2個充て、枕木方向又はレール方向に並列に配置し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか一方に給気し、曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか一方から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他方と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他方とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴とし、第2の手段は、前記各空気バネ内を二室に仕切り、それぞれの空気室に個別に給排気可能な空気流路を設け、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのいずれか一室に給気し、曲線路内側となる空気バネのいずれか一室から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他室と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他室とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴としている。また、第2の手段において、前記各空気バネは、内外二室に仕切られていることが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示される実施形態例に基づいて説明する。図1乃至図5は本発明の第1実施形態例を示すもので、以下、数字の後の「L」は図において左側に、「R」は右側に配置されたものを示す。軌道1を走行する車輪2を備えた台車3には、台車枠4の枕木方向両側に各2個充て、すなわち、左側に2個の空気バネ5LO,5LIが、右側に2個の空気バネ5RO,5RI(Oは外側、Iは内側)が配置され、該空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIにて車体6が支持されている。
【0008】
各空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIRは、同一の構成で、2個一組合計でそれぞれ目的とする有効受圧面積となるように、従来使用されていた多段ダイヤフラム式空気バネよりも小径に設計されている。各空気バネ51L,52L,51R,52Rは、台車枠4に積層ゴム7を介して取り付けられるバネ座8と車体6を支持する上面板9との間に、ダイヤフラム式ゴムベローズ10をリング部材11により折り曲げて膜長を稼いだ多段ダイヤフラム式空気バネで、上面板9の中央には給排気口12が設けられ、台車枠6内の補助空気溜めタンク13への連通孔14は、パンク時スリ板15を貫通して開口している。
【0009】
台車3と車体6との間には、乗客の乗り降りによる荷重の変動及び走行中の荷重の変動により空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIが変化するのに対して車高を一定にするために、各空気バネ5LO,5LI,5RO,5RI内の圧力空気を給排する高さ調整機構として、高さ調整棒16L,16Rと高さ調整弁17L,17Rとが設けられている。高さ調整棒16L,16Rの上部には空気シリンダ18L,18Rがそれぞれ設けられ、各空気シリンダ18L,18Rのピストンロッド19L,19Rの上端は、前記高さ調整弁17L,17Rの開閉操作部である弁棒20を回動する梃子21L,21Rにそれぞれ連結されている。
【0010】
高さ調整弁17L,17Rには、空気源としてコンプレッサ22で発生させた圧縮空気を貯留する元空気溜めタンク23からの空気供給流路24L,24Rがそれぞれ接続されている。高さ調整弁17Lと空気バネ5LO,5LIの各給排気口12との間には、電磁弁25Lを備えた車高調整空気流路26Lが、また、高さ調整弁17Rと空気バネ5RO,5RIの各給排気口12との間には、電磁弁25Rを備えた車高調整空気流路26Rがそれぞれ接続されている。電磁弁25L,25Rは、付設されたバネ25aによって常時開状態にされている。
【0011】
この高さ調整機構は、荷重の変動に伴う台車3と車体6との距離の変化によって、高さ調整棒16L,16Rのピストンロッド19L,19Rの上端の位置が変動することにより、梃子21L,21Rが回動して高さ調整弁17L,17Rを操作して元空気溜めタンク23から空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIへの空気の給排を制御して車高を一定にする。すなわち、車体6の荷重の増加によって車体6が沈み込むと、ピストンロッド19L,19Rの上端位置が高くなり、梃子21L,21Rが水平状態から上方へ回動し、元空気溜めタンク23から圧縮空気が空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIへ給気されて、空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIが膨らんで車体6を高くし、梃子21L,21Rが水平状態になると給気が停止される。また、車体6が上昇した場合は、ピストンロッド19L,19Rの上端位置が低くなり、梃子21L,21Rが水平状態から下方へ回動し、空気バネ5LO,5LI,5RO,5RI中の圧縮空気が高さ調整弁17L,17Rから排気され、梃子21L,21Rが水平状態になると排気が停止される。
【0012】
前記空気シリンダ18L,18Rは、ピストンロッド19L,19Rの戻しバネ18aをそれぞれ内蔵し、シリンダ室18bには、前記空気供給流路24L,24Rからそれぞれ分岐して電磁比例制御弁27L,27Rを経由する空気供給流路28L,28Rが接続され、車体傾斜制御装置30からの指令によって作動する電磁比例制御弁27L,27Rを介して元空気溜めタンク23から圧縮空気が供給され、シリンダ室18b内の空気圧又は空気量を調整して目的の高さに制御される。
【0013】
車体傾斜制御装置30は、地点情報検知部31、線路データ記憶部32、異常診断部33及び傾斜制御部34で構成され、地点情報検知部31には、車速の検出及び走行路線の一定キロ毎に置されたデポ地上子35からの地点情報を受信する車速・デポ検出器36が接続されている。また、異常診断部33及びに傾斜制御部34は、車体傾斜動作時に、著大な車体ロールによる左右Gが発生した場合に、高さ調整棒18L,18Rの長さ(すなわち、空気バネ高さ)情報信号を受信するための電気回路37L,37Rが接続されている。
【0014】
傾斜制御部34には、前記電磁比例制御弁27L,27Rが電気回路38L,38Rにて接続されるとともに、車体傾斜動作時に空気バネ5LI,5RIを連通させる傾斜電磁弁39が電気回路40にて接続されている。この傾斜電磁弁39は、付設されたバネ39aによって常時閉状態にされており、該傾斜電磁弁39から前記電磁弁25L,25Rへ直列の電気回路41が接続されている。これにより、車体傾斜動作時に、傾斜電磁弁39、電磁弁25L,25Rのどれか1つでも断線した場合は、すべての電磁弁がバネ側回路になって、フェイルセーフ性を確保できる。また、車体傾斜動作時に、著大な車体ロールによる左右Gが発生した場合には、車体床面左右Gを検知して電磁弁25L,25R及び電磁弁39の通電を解除して、全空気バネ5LO,5LI,5RO,5RIにて車体6のロールを保持できる状態に速やかに復帰するようになっている。なお、傾斜電磁弁39、電磁弁25L,25Rをエアーオペレート弁にし、電気回路40,41に代えて、エアーオペレート弁用オペレート空気管としてもよい。
【0015】
次に、このように構成された車体傾斜制御装置30による車体傾斜動作について説明する。車体傾斜制御装置30は、走行開始と同時にスタンバイ上昇を開始し、システムの健全性をチェックする。走行時に曲線路手前の入り口緩和曲線に接近したことを地上からの信号にて地点情報検知部31が検知すると、例えば、図3に示されるように、車体6を左に傾斜させる場合には、傾斜制御部34が電磁比例制御弁27Rに空気シリンダ18Rのピストンロッド19Rを伸張させる指令を出力するとともに、電磁比例制御弁27Lに空気シリンダ18Lのピストンロッド19Lを縮小させる指令を出力し、同時に、電磁弁25L,25Rを閉じるとともに電磁弁39を開く指令を出力する。
【0016】
これにより、右外側の空気バネ5ROに圧縮空気が給気されるとともに、左外側の空気バネ5LOの圧縮空気が高さ調整弁17Lから排気され、右内側の空気バネ5RIと左内側の空気バネ5LIとが連通し、車体傾斜動作が始まる。異常診断部33に車体ロール異常発生の信号がなければ、さらに給気と排気が続けられ、右側の空気バネ5RO,5RIの圧力が高くなって空気バネ5RO,5RIが上方へ伸張し、一方、左側の空気バネ5LO,5LIの圧力は低くなって空気バネ5LO,5LIが下方へ縮小して車体6が左に傾斜する。線路データ記憶部32のデータに基づき車体6の傾斜が所定の角度に達したら、傾斜制御部34が電磁弁39を閉じるとともに電磁弁25L,25Rを開いて傾斜角度を維持して曲線路を走行する。
【0017】
そして、曲線路出口緩和曲線に接近したことを地上からの信号にて地点情報検知部31が検知すると、傾斜制御部34が電磁比例制御弁27Rに空気シリンダ18Rのピストンロッド19Rを縮小させる指令を出力するとともに、電磁比例制御弁27Lに空気シリンダ18Lのピストンロッド19Lを伸張させる指令を出力し、同時に、電磁弁25L,25Rを閉じるとともに電磁弁39を開く指令を出力し、右外側の空気バネ5ROから排気し、左外側の空気バネ5LOに給気して傾斜復帰動作を始め、車体ロール異常の発生がなければ、排気と給気を続けて復帰動作を完了し、電磁弁39を閉じるとともに電磁弁25L,25Rを開いて車体6を水平にする。また、車体6を右側に傾斜させる場合は逆の操作をする。なお、内側の空気バネ5LI,5RIの一方へ給気他方から排気してもよく、この場合には、外側の空気バネ5LO,5ROを連通させる。また、右外側の空気バネ5ROに給気、左内側の空気バネ5LIから排気させ、右内側の空気バネ5RIと左外側の空気バネ5LOとを連通させてもよく、逆に、右内側の空気バネ5RIに給気、左外側の空気バネ5LOから排気させ、右外側の空気バネ5ROと左内側の空気バネ5LIとを連通させてもよい。
【0018】
このように、従来よりも小径に形成された空気バネの1つに給気するから、例えば、従来2度傾斜に必要な空気消費量で4度の傾斜が可能となり、空気消費量が少なくなって、空気供給系統を小型化でき、ランニングコストを抑えエネルギー効率のよい車体傾斜装置とすることができる。
【0019】
図7乃至図9は本発明の第2実施形態例を示すもので、本実施形態例は、片側2個1組の空気バネをそれぞれレール方向に並列に配置したものである。このため、空気バネの符号を5LF,5LB,5RF,5RB(Fは前、Bは後)とし、それ以外の前記第1実施形態例と同一要素には同一の符号を付して説明する。車体6は、台車枠4の枕木方向両側に各2個充てレール方向に並列に配置された空気バネ5LF,5LB,5RF,5RBに支持されている。この構成でも、前記第1実施形態例と同様の車体傾斜制御回路により、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのいずれか一方に給気し、曲線路内側となるいずれか一方から排気し、残りの空気バネ同士を連通させることで車体6を傾斜させることができる。
【0020】
図10乃至図12は本発明の第3実施形態例を示すもので、台車3の台車枠4の枕木方向両側に設けられて車体6を支持する空気バネ50L,50Rは、それぞれ内外二つの空気室51,52を有している。内側の空気室51には、ダイヤフラム式ゴムベローズ53をリング部材54により折り曲げて膜長を稼いだ多段ダイヤフラム式空気バネが、外側の空気室52には、大径ダイヤフラム式空気バネがそれぞれ用いられ、両者の合計で目的とする有効受圧面積となるように設計されている。
【0021】
内側空気室51には、空気流路が接続される給排気口55が上面板56の中央に設けられ、台車枠4内の補助空気溜めタンク57への連通孔58は、バネ座59に設けられたパンク時スリ板60を貫通して形成されている。外側空気室52には、上面板56の一側に空気流路が接続される給排気口61が開設されている。
【0022】
この構成でも、前記第1実施形態例と同様の車体傾斜制御回路により、車体傾斜動作時に、例えば図11に示されるように、曲線路外側となる右側の空気バネ50Rの外側空気室52に給気するとともに、曲線路内側となる左側の空気バネ50Lの外側空気室52から排気し、右側の空気バネ50Rの内側空気室51と左側の空気バネ50Lの内側空気室51とを連通させることで車体6を左側に傾斜させることができる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、例えば、従来2度の傾斜に要していた空気消費量で4度の傾斜が可能となり、車体傾斜動作時の空気消費量を少なくすることにより、車載のコンプレッサ容量及び個数の低減、配管系統のサイズダウンができ、車両の軽量化が図れる。また、コンプレッサ容量及び稼働減による車両のイニシャル及びランニングコストの低減、給排気騒音の低減が図れ、さらに、圧縮空気流量減により配管圧損が小さく車体傾斜及び復帰時の応答性がよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態例の車体傾斜制御装置の回路図
【図2】 同じく車体水平状態の概略図
【図3】 同じく車体傾斜状態の概略図
【図4】 同じく空気バネの配置を示す台車の平面図
【図5】 同じく空気バネの断面図
【図6】 車体傾斜制御装置の作動を示すフロー図
【図7】 第2実施形態例の空気バネの配置を示す台車の平面図
【図8】 同じく車体水平状態の側面図
【図9】 同じく車体傾斜状態の側面図
【図10】 第3実施形態例の空気バネの断面図
【図11】 同じく車体水平状態の概略図
【図12】 同じく車体傾斜状態の概略図
【符号の説明】
1…軌道、2…車輪、3…台車、4…台車枠、5LO,5LI,5RO,5RI,5LF,5LB,5RF,5RB…空気バネ、6…車体、16L,16R…高さ調整棒、17L,17R…高さ調整弁、18L,18R…空気シリンダ、19L,19R…ピストンロッド、21L,21R…梃子、22…コンプレッサ、23…元空気溜め、25L,25R…電磁弁、30…車体傾斜制御装置、31…地点情報検知部、32…線路データ記憶部、33…異常診断部、34…傾斜制御部、39…電磁弁、50L,50R…空気バネ、51…内側空気室、52…外側空気室、55…内側空気室の給排気口、61…外側空気室の給排気口
Claims (3)
- 台車の枕木方向両側に配置した空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネに給気して該空気バネを高くし、曲線路内側となる空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置において、前記空気バネを、台車の枕木方向両側に各2個充て、枕木方向又はレール方向に並列に配置し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか一方に給気し、曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか一方から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他方と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他方とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
- 台車の枕木方向両側に配置した空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネに給気して該空気バネを高くし、曲線路内側となる空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置において、前記各空気バネ内を二室に仕切り、それぞれの空気室に個別に給排気可能な空気流路を設け、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのいずれか一室に給気し、曲線路内側となる空気バネのいずれか一室から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他室と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他室とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
- 前記各空気バネは、内外二室に仕切られていることを特徴とする請求項2記載の鉄道車両の車体傾斜装置。
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