JP4942347B2

JP4942347B2 - 鉄道車両用輪軸操舵装置

Info

Publication number: JP4942347B2
Application number: JP2006009732A
Authority: JP
Inventors: 真明平山; 淳一寺井; 行伸河野; 秀明江崎
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: JP2007190998A

Description

本発明は、鉄道車両が曲線軌道を走行する際に台車の輪軸を軌道の曲線半径に応じて操舵することにより、軌道および輪軸に作用する横圧を低減して円滑な走行を可能にするアクティブ操舵方式（曲線を事前に認識し、輪軸を曲線に合わせて強制的に操舵する方式）の鉄道車両用輪軸操舵装置に関する。

上記したとおり、鉄道車両が曲線軌道を走行する場合、曲線外側の軌道には横圧が発生し、軌道および車輪が摩耗する。こうした横圧を低減するための輪軸操舵装置として、例えば「車両が曲線軌道に入ると、車体と台車との間に角度が生じ、車体と一体に回動する操舵はりに対して台車枠側はりは角度αだけ回動するので、操舵はりの左右端のヨークが前後方向に動き、リンクプレートや移動回転支点を介して水平テコを固定回転支点回りに回動させるが、水平テコが回動すると、移動回転支点を介して各連結棒を動かす。水平テコが時計回りに回ると、各連結棒が前後方向に押すので前後の軸箱同士の間隔が広がり、水平テコが反時計回りに回ると、各連結棒が引っ張られて前後の軸箱同士の間隔が狭められる。このように操舵装置をリンク機構で構成し、このリンク機構により台車の車体に対する相対ヨーイング運動を輪軸に伝達し、ヨーイング角に応じて輪軸を操舵させる輪軸操舵装置」が提案されている（特許文献１参照）。

また、「鉄道車両の車体底部に固定される台車台枠と、台車台枠の前後方向に分かれて配置されて車輪をそれぞれ一対ずつ支持する一対の車輪軸と、各車輪軸の両端に配設されて各車輪軸を回転自在に軸支する複数の軸箱と、各軸箱と台車台枠とを弾性結合させて各軸箱を支持する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄道車両用台車において、前記複数の軸箱のうち台車台枠の中心部を間にして互いに対角位置にある一対の軸箱をそれぞれ駆動して各車輪軸にヨー角指令値に応じたヨー角を与える強制操舵手段と、曲線軌道に対応したヨー角指令値を強制操舵手段に出力する舵取り制御手段とを設けた鉄道車両用台車」が提案されている（特許文献２参照）。この台車は、液圧式アクチュエータ、サーボ弁および液圧源からなる輪軸操舵機構を備えており、上記のリンク式の操舵機構に比べて台車枠の重量を軽減できる。液圧式アクチュエータとしては、通常、油圧および空気圧が考えられるが、同アクチュエータを台車枠と輪軸の間に装架するためには、小型軽量化が特に要求されるため、空気圧の適用は極めて困難であり、油圧の適用が望まれる。
特許３４４８４４５号公報特開平８−１９８１０８号公報

上記の特許文献１あるいは特許文献２に記載の装置では、つぎのような点で改良の余地がある。すなわち、
前者については、リンク式の操舵機構が用いられるので、小型軽量化が困難であり、また曲線軌道の検知を車体に対する台車の回転角度で行うが、車体に対して台車が回転するのは、先頭の輪軸が曲線に突入し、台車に対して輪軸が回転した後になるため、先頭の輪軸については曲線軌道に応じた操舵が遅れるおそれがある。

また、後者については、鉄道車両の車体と台車間には、走行時に大きな相対変位が生じるので、車体と台車間に跨って設けられる配管は相対変位を吸収可能なフレキシブルチューブを使用するのが好ましい。一方、台車の周囲は石などが飛来しやすい環境であるため、フレキシブルチューブを採用する場合には、破損時の安全性を確保した設計にする必要がある。ところが、制動時の走行距離を適正に保つなどの目的から、軌道は輪軸との間の摩擦係数を適切な値に維持すべく、油の塗布量が所定範囲内に管理されており、フレキシブルチューブを使用したときの破損によって軌道敷内に油が飛散するという事態は許容されない。このため、車体と台車間で油圧を供給することは実質的に不可能に近い。したがって、後者についても、油圧アクチュエータはもとより、油圧源、電磁弁等の主要機器を台車枠に装架せざるを得ず、台車重量の増加、空間レイアウトの制約および機器の耐振動性の面で問題がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、曲線軌道に対し輪軸の操舵の遅れが生じにくいアクティブ操舵方式を採用したうえで、台車重量の軽減、空間レイアウトの自由度の向上および主要機器の耐振動性の向上を図れる鉄道車両用輪軸操舵装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明に係る鉄道車両用輪軸操舵装置は、a)搭載する車体に対し弾性結合される台車と、この台車の台車枠の前後に配置される一対の輪軸と、前記各輪軸の両端に配置され輪軸を回転可能に軸支する軸箱と、各軸箱と前記台車枠とを弾性結合して前記軸箱を支持する軸箱支持装置とを備えた鉄道車両において、b)前後の前記軸箱と前記台車枠との間に前後方向に介設される油圧アクチュエータと、c)前記台車枠に配置され、油圧配管により前記油圧アクチュエータと接続され、空気圧を油圧に変換する増圧シリンダで、前後の前記油圧アクチュエータに共通して前記台車枠の片側に１基ずつ配置される増圧シリンダと、d)前記車体に配置され、空気圧配管により前記増圧シリンダと接続され、同増圧シリンダへの空気流量を調整する電磁弁装置と、e)前記車体に配置され、空気圧配管により前記電磁弁装置と接続された空気圧源と、f)前記車体に配置され、鉄道車両が走行する軌道の曲線半径に応じて前記油圧アクチュエータに対し発生力が与えられるように前記電磁弁装置に駆動指令を発する操舵制御装置とを設けたことを特徴としている。

上記の構成を有する本発明の鉄道車両用輪軸操舵装置によれば、油圧回路は全て台車側(台車枠)に固定する一方、電磁弁装置、空気圧源および操舵制御装置などの主要機器を車体側に設け、台車側の片側に１基ずつ設けた増圧シリンダで車体側の空気圧源から供給する空気圧を油圧に変換して使用するようにしたから、車体と台車間は空気圧を供給すればよいので、仮に両者間の空気圧配管が破損することがあっても、軌道敷内に油が飛散することがない。また、台車側には油圧アクチュエータ、増圧シリンダおよび油圧配管の必要最小限の装置を搭載し、残りの主要機器は車体側に搭載したので、台車重量が軽減され、台車における空間レイアウトの自由度が向上するとともに、車体に作用する振動は台車よりも大幅に小さいため、車体に装架した主要機器の耐振動性が向上する。さらに、操舵制御装置は、曲線軌道を事前に認識して台車の輪軸の操舵を制御するアクティブ操舵方式を採用するので、輪軸の操舵が遅延することがなく、軌道の曲線に対応して輪軸を確実にかつ正確に操舵し、スムーズな曲線軌道の走行を実現させられる。

請求項２に記載のように、台車側の前記増圧シリンダと車体側の前記電磁弁装置とを接続する空気圧配管を、フレキシブルチューブにすることが好ましい。

このようにすれば、車体と台車間の相対変位に伴うフレキシブルチューブの弛みを最小限の長さにでき、コンパクトに収まるとともに、両者間の相対変位をフレキシブルチューブの伸縮により対応する。

請求項３に記載のように、前記電磁弁装置を電磁比例制御弁または複数の電磁切換弁で構成することができる。

このようにすれば、油圧アクチュエータの発生力のON/OFFだけを行うのではなく、油圧アクチュエータの発生力を連続的あるいは段階的に制御することができる。
また、請求項４に記載のように、前記軸箱支持装置は前記各軸箱を前記台車枠に前後左右に許容可能に支持する軸はり式軸箱支持装置で、軸はりとゴムブッシュと軸ばねとを備え、前記ゴムブッシュを非操舵台車と同じとするか、あるいは前記油圧アクチュエータの発生力を低減するために走行安定性を損なわない程度に柔らかめに設定することができる。

本発明に係る鉄道車両用輪軸操舵装置は上記のような構成からなるので、台車重量の軽減、空間レイアウトの自由度の向上および主要機器の耐振動性の向上を図れるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の鉄道車両用輪軸操舵装置について実施の最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の鉄道車両用輪軸操舵装置の実施例を示す油圧回路図、図２は図１の鉄道車両用輪軸操舵装置を備えた台車の平面図および同側面図で、油圧回路を省略して表している。

図２に示すように、鉄道車両用台車１は、台車枠３と、この台車枠３の一部を構成する左右の側はり４と、各側はり４の前後方向（車両の進行方向）に分かれて配置される一対の輪軸５と、各輪軸５を構成する車軸５ａおよび同車軸５ａの両端に一体回転可能に取り付けられた車輪５ｂの両端に配置され、車軸５ａを回転可能に軸支する軸箱６と、各軸箱６を前後左右に許容可能に支持する軸はり式軸箱支持装置としての軸はり７とゴムブッシュ８と軸ばね１１とを備えている。各軸箱６は台車枠３の側はり４の両端部下に軸ばね１１を介して上下動可能に配置され、各軸箱６を先端部に一体に設けた軸はり７の基端がゴムブッシュ８により後述のブラケット１２に弾性的に支持されている。

後述の油圧アクチュエータ９が作動しない場合は、操舵を行わない通常の軸はり式台車（以下、非操舵台車と呼ぶ）と同様、ゴムブッシュ８により軸箱支持剛性が与えられる。したがって、ゴムブッシュ８の剛性は、非操舵台車と同じとするか、あるいは油圧アクチュエータ９の発生力を低減するため、走行安定性を損なわない程度に柔らかめに設定することが望ましい。

さらに、輪軸操舵装置としての油圧アクチュエータ９、増圧シリンダ１０および両者間を接続する油圧配管１８を、台車枠３に固定して備えている。油圧アクチュエータ９の一端は側はり４から下向きに延設されたブラケット１２に対しピン１３にて上下方向に旋回可能に軸支され、油圧アクチュエータ９の他端は軸箱６に対しピン１４にて上下方向に旋回可能に軸支されている。アクチュエータ９のストローク量は、少なくとも片側の輪軸のみを伸長させて輪軸の回転軸と曲線の法線方向とを一致させるために必要な長さが、余裕を持って確保されなければならない。なお、増圧シリンダ１０は空気圧シリンダ室１０ａと油圧シリンダ室１０ｂとを一体に備え、各シリンダ室１０ａ・１０ｂ内のピストン１０ｃ・１０ｄをピストンロッド１０ｅにより相互に連結して空気圧力を油圧力に変換する構造からなる。

台車１は車体２底部の前後部にそれぞれ配置され、前後一対の台車１上に左右一対の枕ばね１７を介して車体２を搭載し、各台車１は左右の側はり４の長手方向中間位置に架設された牽引はり１６の幅方向の中間位置で牽引装置１５により車体２に対しそれぞれ弾性的に連結されている。

図１に示すように、本例では、前後の油圧アクチュエータ９・９に共通の増圧シリンダ１０を１基ずつ左右の側はり４に設けている。一方、車体２の底部に、空気圧源２０、電磁弁装置として一対の電磁切換弁２１・２１および操舵制御装置２２ならびに空気圧配管２３を設置している。つまり、空気圧源２０と左右の電磁切換弁２１・２１をそれぞれ空気圧配管２３により接続している。そして、各電磁切換弁２１・２１と台車１側の増圧シリンダ１０・１０とを、フレキシブルな空気圧配管１９・１９にて接続している。なお、図中の符号２４は減圧器である。

操舵制御装置２２は、図示は省略するが、本例では、軌道に配置されたＡＴＳなどの地上子から通過信号を受信する受信器と、受信器により受信された通過信号と車両に設置された速度計から得られた車両速度信号を基に指定の地点を車両の走行距離の算出起算点として車両の走行距離を算出する走行距離算出手段と、走行距離の算出起算点から曲線軌道までの距離を示す曲線位置データと曲線軌道の曲線データを記憶する記憶手段と、走行距離算出手段の算出値と記憶手段の記憶データとを比較する比較手段と、比較手段の比較結果に応じて各台車１の左右の一対の油圧アクチュエータ９・９への発生力値を生成し生成された発生力値に応じて電磁弁装置２１へ開閉操作するよう駆動指令を発する駆動指令発生手段とから構成されている。つまり、鉄道車両が曲線軌道に入るのと同時に、操舵制御装置２２にて曲線軌道の外側にある電磁切換弁２１が通電操作される。これにより、曲線軌道の外側にある前後の油圧アクチュエータ９・９はほぼ同時に伸長される。この結果、台車１の前後の輪軸５は横圧が低減される方向に操舵され、スムーズに走行することになる。アクチュエータ９に与えられるべき適切なストローク量および力発生のタイミングは、運動解析または走行試験によって求められる。例えば、ストローク量の設定値を変化させながら複数回の曲線通過試験を行い、横圧の計測値が最も低減された設定値を選べばよい。これらは曲線半径および走行速度によって異なる値を採用してよい。

なお、仮に操舵制御装置２２が故障またはフレキシブルな空気圧配管１９が破損した場合、油圧アクチュエータ９・９には力が作用しないので、軸箱６はゴムブッシュ８の弾性によって支持され、操舵を行わない非操舵台車と同等の軸箱支持剛性が得られるので、安全性が保たれる。

図３は本発明の輪軸操舵装置の他の実施例を示す油圧空気圧回路図で、本例の輪軸操舵装置が上記実施例と相違するところは下記の点である。すなわち、台車１側では、前後左右の４台の油圧アクチュエータ９に対しそれぞれ対応する増圧シリンダ１０を配備し、両者間を油圧配管１８にて接続したこと、また車体２側では、各増圧シリンダ１０に対応して４台の電磁切換弁２１を設置し、各電磁切換弁２１を操舵制御装置２２にて制御するようにしたことである。これにより、車体２側の各電磁切換弁２１と台車１側の各増圧シリンダ１０とを接続する空気配管１９の本数が２倍に増えたが、基本的な輪軸操舵動作は上記実施例と共通するので、説明を省略し、共通の部材は同一の符号を用いて図面に示す。本実施例においては、台車の前後の油圧アクチュエータ９・９のストローク量の大きさを前後で異なる値としたり、力を作用させるタイミングを前後で変えることもできるので、より高い横圧低減効果を得ることが期待される。上記の適切なストローク量や力発生のタイミングは、運動解析または実験によって求められる。

ところで、上記２つの実施例では、一つの増圧シリンダ１０ごとに電磁切換弁２１を接続し、油圧アクチュエータ９への発生力のON/OFFの切換のみを行っているが、図示は省略するが、例えば、各電磁切換弁２１を電磁比例制御弁に代えるか、あるいは各電磁切換弁２１を複数台の電磁切換弁から構成するかによって、油圧アクチュエータ９の発生力を連続的または段階的に調整することができる。

本発明の鉄道車両用輪軸操舵装置の実施例を示す油圧回路図である。図２（ａ）は図１の鉄道車両用輪軸操舵装置を備えた台車を概略的に示す平面図、図２（ｂ）は同側面図で、それぞれ油圧回路を省略して表している。本発明の輪軸操舵装置の他の実施例を示す油圧空気圧回路図である。

符号の説明

１鉄道車両用台車
２車体
３台車枠
４側はり
５輪軸
５ａ車軸
５ｂ車輪
６軸箱
７軸はり（軸はり式軸箱支持装置）
８ゴムブッシュ
９油圧アクチュエータ
１０増圧シリンダ
１１軸ばね
１２ブラケット
１３・１４ピン
１５牽引装置
１６牽引はり
１７枕ばね
１８油圧配管
１９フレキシブルな空気圧配管
２０空気圧源
２１電磁切換弁（電磁弁装置）
２２操舵制御装置
２３空気圧配管
２４減圧器

Claims

搭載する車体に対し弾性結合される台車と、この台車の台車枠の前後に配置される一対の輪軸と、前記各輪軸の両端に配置され輪軸を回転可能に軸支する軸箱と、各軸箱と前記台車枠とを弾性結合して前記軸箱を支持する軸箱支持装置とを備えた鉄道車両において、
前後の前記軸箱と前記台車枠との間に前後方向に介設される油圧アクチュエータと、
前記台車枠に配置され、油圧配管により前記油圧アクチュエータと接続され、空気圧を油圧に変換する増圧シリンダで、前後の前記油圧アクチュエータに共通して前記台車枠の片側に１基ずつ配置される増圧シリンダと、
前記車体に配置され、空気圧配管により前記増圧シリンダと接続され、同増圧シリンダへの空気流量を調整する電磁弁装置と、
前記車体に配置され、空気圧配管により前記電磁弁装置と接続された空気圧源と、
前記車体に配置され、鉄道車両が走行する軌道の曲線半径に応じて前記油圧アクチュエータに対し発生力が与えられるように前記電磁弁装置に駆動指令を発する操舵制御装置とを設けたことを特徴とする鉄道車両用輪軸操舵装置。
台車側の前記増圧シリンダと車体側の前記電磁弁装置とを接続する空気圧配管を、フレキシブルチューブにしたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用輪軸操舵装置。
前記電磁弁装置を電磁比例制御弁または複数の電磁切換弁で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の鉄道車両用輪軸操舵装置。
前記軸箱支持装置は前記各軸箱を前記台車枠に前後左右に許容可能に支持する軸はり式軸箱支持装置で、軸はりとゴムブッシュと軸ばねとを備え、前記ゴムブッシュを非操舵台車と同じとするか、あるいは前記油圧アクチュエータの発生力を低減するために走行安定性を損なわない程度に柔らかめに設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の鉄道車両用輪軸操舵措置。