JP4356540B2 - 鉄道車両用台車枠及び鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

本発明は、２本以上の横梁が側梁を貫通する構造の鉄道車両用台車枠における横梁と側梁との結合構造の改良に係り、横梁と側梁との溶接加工性向上による溶接部の信頼性向上が図れる鉄道車両用台車枠、および、この台車枠を備えた鉄道車両用台車に関するものである。

鉄道車両用台車枠は、車体および多数の部品を狭いスペースの中で支持するため、大変複雑な構造になっており、かつ、高い信頼性が求められる強度部材である。そのため、鋼板溶接の台車枠では、補強リブ等による応力低減や、溶接施工性向上による溶接部の信頼性向上が重要である。

このような鉄道車両用台車枠において、側梁と横梁の結合部の構成について、横梁の上に側梁が載る構造の台車枠における補強構造が開示されている。
特開平２−１７９５７７号公報

しかしながら、台車枠のうち、図１０に示すような、たとえば２本の横梁１が側梁２を貫通する構造の台車枠５では、図１１（ａ）に示すように、空気ばね座３と側梁２との間や、図１１（ｂ）に示すように、側梁２とつなぎ梁４との間にできる狭隘部Ａにおける溶接線Ｂが内側に向くため、他の部分に比べて溶接施工性が悪いという問題があるにもかかわらず、その改良構造については全く提案されていなかった。なお、図１０における６はばね帽を示す。

本発明が解決しようとする問題点は、従来は、２本以上の横梁が側梁を貫通する構造の台車枠では、横梁と側梁との溶接部における施工性向上について全く考慮されていなかったという点である。

本発明の鉄道車両用台車枠は、
側梁と横梁との結合部における強度を向上し、かつ、構造を簡素化することで、溶接施工性の向上を図るため、
２本以上の横梁が側梁を貫通する構造の台車枠において、
前記側梁を貫通する部分で、かつ、前記側梁との結合部を含む部分を、天板と底板で一体に結合した横梁を、側梁に貫通させて溶接したことを最も主要な特徴としている。

本発明の鉄道車両用台車枠では、２本以上の横梁を、側梁を貫通する部分で、かつ、前記側梁との結合部を含む部分を束ねて一体とすることで、断面が大幅に増大して側梁と横梁との結合部における応力を低減でき、しかも、空気ばね座と側梁、および、側梁とつなぎ梁間における狭隘部が無くなるので、構造が簡素になり、溶接施工性が向上し、溶接部の信頼性が向上する。

本発明の鉄道車両用台車枠において、横梁を空気ばねの補助空気室として使用する場合、前記側梁における、前記横梁が貫通する部分の上部を切り欠くと共に、この切欠き部に位置する前記天板部に空気ばねへの給気口部を設けると、空気ばねの配管施工が容易に行えるようになる。

前記の本発明の鉄道車両用台車枠を備えた鉄道車両用台車では、台車枠に作用する主要な荷重である台車上下荷重やねじり荷重に対する側梁と横梁の結合部における応力を低減でき、強度的な信頼性が向上する。

本発明では、側梁と横梁の結合部の応力低減が図れると共に、溶接施工性が向上する結果、強度信頼性の向上と、製造コストの低減、品質の安定性が図れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図８を用いて説明する。
図１は本発明の鉄道車両用台車枠の一例を示す全体斜視図、図２は図１の要部拡大図で、（ａ）は横梁と側梁との結合部を斜め下方から見た図、（ｂ）は同じく斜め上方から見た図、（ｃ）は（ｂ）図を横梁の端部側から見た図、図３は横梁と側梁の結合部における断面形状を説明する図で、（ａ）は本発明例、（ｂ）は従来例を示す図、図４〜図７はＦＥＭ解析結果を示した図、図８は本発明の鉄道車両用台車枠の他の例を示す図で、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は横梁と側梁の結合部における溶接部の説明図である。

図１および図２は、２本の横梁１を側梁２に貫通する構造の本発明の鉄道車両用台車枠であり、２本の横梁１は、その両端部分における、側梁２を貫通する部分で、かつ、側梁２との結合部を含む部分を、天板１２と底板１３で一体に結合している。この図１および図２に示した例では、２本の横梁１を繋ぐつなぎ梁４も天板１２と底板１３で一体に結合したものを示している。

たとえば外径が１７８ｍｍ、肉厚が１５ｍｍの鋼管製の横梁１を、その中心間距離を４３０ｍｍ離して設置する場合を考えると、１２ｍｍの厚さの天板１２と底板１３を用いて２本の横梁１を一体に結合して１本に束ねた本発明の場合（図３（ａ）参照）の断面係数は１０８９ｃｍ ³ となって、２本の横梁１を一体に束ねない従来の場合（図３（ｂ）参照）の２８９ｃｍ ³ に比べて大幅に増大し、側梁２と横梁１の結合部における応力低減が図れることになる。

ちなみに、図３に示した寸法、配置の２本の横梁１を、幅が２１０ｍｍ、最大高さが３２０ｍｍ、厚みが１２ｍｍの鋼板溶接製の側梁２に貫通させた構造のモデルに対して、台車上下荷重２５０ｋＮをかけた場合のＦＥＭ解析結果を図４（図３（ａ）に示した本発明例）および図５（図３（ｂ）に示した従来例）に、１ばね帽６当り１０ｋNのねじり荷重をかけた場合のＦＥＭ解析結果を図６（図３（ａ）に示した本発明例）および図７（図３（ｂ）に示した従来例）に示す。なお、このモデルの台車枠の軸距は２１００ｍｍ相当、空気ばねの間隔は２０００ｍｍである。

図４〜図７のＦＥＭ解析結果をまとめたものを下記表１に示すが、本発明では、側梁２と横梁１の溶接部の応力が半減していることがわかる。

本発明の鉄道車両用台車枠１１では、前述のように前記天板１２と底板１３とで一体に結合して１本に束ねた２本の横梁１を、側梁２に貫通させた後、これらを溶接して一体と成すのである。

このような構成を採用することにより、図２に示したように、空気ばね座３と側梁２、および、側梁２とつなぎ梁４の間の狭隘部がなくなって、溶接線Ｂがすべて外側に向いて構造が簡素になり、溶接施工性が向上することになる。

図８は本発明の第２の例を示す説明図であり、この第２の例は、本発明の鉄道車両用台車枠１１において、前記側梁２における、前記横梁１が貫通する部分の上部をたとえば平面からみてＵ字状に切り欠いたものである。

そして、横梁１を空気ばね補助空気室として使用する台車において、この切欠き部２ａに位置する前記天板１２部分に空気ばねへの給気口部１４を設けた場合には、側梁２と横梁１の溶接部の応力軽減や、溶接施工性の向上はそのままで、さらに空気ばねの配管施工が容易に行えるようになる。

また、この図８の構成の場合、空気ばねのライナを交換する際に、切欠き部２ａにおける天板１２部分を油圧ジャッキ座として使用すれば、ライナの交換作業が容易に行えるようになる。

前記の本発明の鉄道車両用台車枠１１を備えた鉄道車両用台車では、台車枠１１に作用する主要な荷重である台車上下荷重やねじり荷重に対する側梁と横梁の結合部における応力を効果的に低減できるので、強度的な信頼性が向上する。

上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。たとえば、図９に示したように、横梁１の両端まで天板１２と底板１３を至らせず、側梁２の台車外側に位置する側は横梁１を貫通する孔が２つで、台車内側に位置する側のみ横梁１を貫通する孔を１つとしたものでも良い。また、横梁１は２本に限らないことはいうまでもなく、また、空気ばね座３の設置位置も、前述の例に限らないなどである。

以上の本発明は、２本以上の横梁が側梁を貫通する構造の鉄道車両用台車枠であれば、その他の構成は何ら限定されるものではなく、ボルスタ台車やボルスタレス台車などどのような鉄道車両用台車にも適用できる。

本発明の鉄道車両用台車枠の一例を示す全体斜視図である。 図１の要部拡大図で、（ａ）は横梁と側梁との結合部を斜め下方から見た図、（ｂ）は同じく斜め上方から見た図、（ｃ）は（ｂ）図を横梁の端部側から見た図である。 横梁と側梁の結合部における断面形状を説明する図で、（ａ）は本発明例、（ｂ）は従来例を示す。 本発明例における上下荷重のＦＥＭ解析結果を示した図で、（ａ）は全体を示した図、（ｂ）は最大荷重発生部を拡大して示した図である。 従来例における図４と同様の図である。 本発明例におけるねじり荷重のＦＥＭ解析結果を示した図で、（ａ）は全体を示した図、（ｂ）は最大荷重発生部を拡大して示した図である。 従来例における図６と同様の図である。 本発明の鉄道車両用台車枠の第２の例を示す図で、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は横梁と側梁の結合部における溶接部の説明図である。 本発明の鉄道車両用台車枠の第３の例を示す要部分解斜視図で、（ａ）は台車外側から見た図、（ｂ）は台車内側から見た図である。 従来の鉄道車両用台車枠の一例を示す全体斜視図である。 図１０の要部拡大図で、（ａ）は横梁と側梁との結合部を斜め下方から見た図、（ｂ）は同じく斜め上方から見た図、（ｃ）は（ｂ）図を横梁の端部側から見た図である。

符号の説明

１ 横梁
２ 側梁
３ 空気ばね座
１１ 台車枠
１２ 天板
１３ 底板

Claims (3)

1. ２本以上の横梁が側梁を貫通する構造の台車枠において、
   前記側梁を貫通する部分で、かつ、前記側梁との結合部を含む部分を、天板と底板で一体に結合した横梁を、側梁に貫通させて溶接したことを特徴とする鉄道車両用台車枠。
2. 前記側梁における、前記横梁が貫通する部分の上部が切り欠かれると共に、この切欠き部に位置する前記天板部に、空気ばねへの給気口部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車枠。
3. 請求項１又は２に記載の鉄道車両用台車枠を備えたことを特徴とする鉄道車両用台車。