JP5150541B2 - Railway vehicle air spring and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、車体側の上支持部と、その上方に配置される台車側の下支持部とに亘って弾性材製のダイヤフラムを設けて成る鉄道車両用空気ばね及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an air spring for a railway vehicle in which a diaphragm made of an elastic material is provided over an upper support portion on a vehicle body side and a lower support portion on a carriage side disposed above the vehicle body side, and a method for manufacturing the same. .
この種の鉄道車両用空気ばねにおいては、車両走行時の蛇行や旋回に伴い、その主要部であるダイヤフラムに左右及び前後方向の水平変位が作用する。特に、台車としてボルスタレス台車が採用されている鉄道車両の場合では、その水平変位が非常に大きくなる。そのような水平変位時では、ダイヤフラムと上支持部及び下支持部とが接触状態にあるために両者間の滑り摩擦抵抗が大きく、バネ定数が大きくなって水平変位挙動が悪いために、空気ばね本来の緩衝性能が得難い。また、滑り摩擦抵抗が大きいために、ダイヤフラムが摩耗し易くなり、破損したりパンクしたりして早期のうちに使用不能となるおそれがある。 In this type of railcar air spring, horizontal displacement in the left-right and front-rear directions acts on the diaphragm, which is the main part, with meandering and turning during vehicle travel. In particular, in the case of a railway vehicle in which a bolsterless bogie is adopted as the bogie, the horizontal displacement becomes very large. In such a horizontal displacement, the diaphragm and the upper support portion and the lower support portion are in contact with each other, so that the sliding friction resistance between them is large, the spring constant is large, and the horizontal displacement behavior is poor. It is difficult to obtain the original buffer performance. In addition, since the sliding frictional resistance is large, the diaphragm is easily worn, and may be damaged or punctured and become unusable at an early stage.
下支持部は、上支持部に比べて受圧面積が小さくて単位面積当りの圧力、即ち摺動圧力が高いので、ダイヤフラムとの接触条件がよりシビアである。故に、下支持部は、垂直方向荷重による変形を少なくし、かつ、水平変位が取れるようにすべく、高さを高く設定するとともにダイヤフラム受止部のゴムを高硬度ゴムとするように工夫された構成が採られたりしている。そのため、ゴム製ダイヤフラムが下支持部よりも歪が大きくなり、相対摺動による損傷がダイヤフラムに偏って発生し易いものとなる。このような従来技術としては、特許文献1において開示されるものが知られている。 Since the lower support portion has a smaller pressure receiving area than the upper support portion and has a higher pressure per unit area, that is, a sliding pressure, the contact condition with the diaphragm is more severe. Therefore, the lower support part is devised to reduce the deformation due to the vertical load and to set the height high and to make the rubber of the diaphragm receiving part a high hardness rubber so that the horizontal displacement can be taken. The composition is taken. For this reason, the rubber diaphragm is more distorted than the lower support portion, and damage due to relative sliding tends to be biased toward the diaphragm. As such a prior art, what is disclosed in Patent Document 1 is known.
上記特許文献1で開示されるものは、材質がNR(天然ゴム)のダイヤフラムに、NR高硬度ゴムを接合する構造のものである。しかしながら、近年のダイヤフラムは耐磨耗性や弾力性に優れるCR(クロロプレンゴム)が用いられることが多いので、前述のような部分的に高硬度ゴムとする構造を採用することは不適である。 The one disclosed in Patent Document 1 has a structure in which an NR high hardness rubber is bonded to a diaphragm made of NR (natural rubber). However, since recent diaphragms are often made of CR (chloroprene rubber) which is excellent in wear resistance and elasticity, it is unsuitable to adopt a structure having a partially hard rubber as described above.
従って、ダイヤフラムと下支持部との接合部におけるダイヤフラムの早期損傷を回避するには、新たな工夫が必要になる等、さらなる改善の余地が残されているものであった。
本発明の目的は、上記実情に鑑みることにより、ダイヤフラムと下支持部との摺動部の滑り易さを強度低下を招くことなく改善し、ダイヤフラム下部の早期摩耗や摩滅を抑制又は回避できるようにして、所期の性能を長期に亘り確実、かつ、安定良く発揮させ、耐久性のさらなる向上が可能となる鉄道車両用空気ばね及びその製造方法を提供する点にある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention is to improve the slipperiness of the sliding portion between the diaphragm and the lower support portion without causing a decrease in strength, and to suppress or avoid early wear and wear of the lower portion of the diaphragm. Thus, it is an object to provide an air spring for a railway vehicle and a method for manufacturing the same that can reliably and stably exhibit desired performance over a long period of time and can further improve durability.
請求項1に係る発明は、車体側の上支持部1と、その下方に配置される台車側の下支持部2とに亘って弾性材製のダイヤフラム3を設けて成る鉄道車両用空気ばねにおいて、
前記下支持部2における前記ダイヤフラム3の下ビード部3dを載せ付けて受止める部分2bに、ゴム製で環状の支持板24を配備するとともに、前記支持板24における前記下ビード部3dを受止める部分24Aが合成繊維短繊維r入りゴムで補強形成される複合ゴム部24Aであり、
前記複合ゴム部24Aが、未加硫ゴムにアラミド短繊維rを混合してシート状に加工することにより繊維の配合方向が揃えられた薄板状で環状の合成繊維短繊維シート材24aが環状のゴム材24gに載置された状態でプレスされつつ加硫処理されることで成るものである鉄道車両用空気ばね。
The invention according to claim 1 is an air spring for a railway vehicle in which an
A rubber-made
The
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記合成繊維短繊維rがアラミドで形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記合成繊維短繊維rが、その繊維長さが3〜9mmの範囲に揃えられたものであることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項4に係る発明は、鉄道車両用空気ばねの製造方法において、
車体側の上支持部1と、その下方に配置される台車側の下支持部2とに亘って弾性材製のダイヤフラム3を設け、
前記下支持部2における前記ダイヤフラム3の下ビード部3dを載せ付けて受止める部分2bに、ゴム製で環状の支持板24を配備するとともに、前記支持板24における前記下ビード部3dを受止める部分24Aが合成繊維短繊維r入りゴムで補強形成される複合ゴム部24Aであり、
前記複合ゴム部24Aを、未加硫ゴムにアラミド短繊維rを混合してシート状に加工することにより繊維の配合方向が揃えられた薄板状で環状の合成繊維短繊維シート材24aを、環状のゴム材24gに載置された状態でプレスしながら加熱して加硫することで作ることを特徴とする。
The invention according to
A
A rubber-made
The
請求項1の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、下支持部におけるダイヤフラムの下ビード部を受止める部分を合成繊維短繊維入りゴムで補強形成してあるので、ダイヤフラムとの摩擦係数を下げて摩耗摩滅を少なくすることができる。故に、鉄道車両走行時の蛇行や旋回に伴い空気ばねが左右方向や前後方向に水平変位しても、下支持部の受止め部分と下ビード部とが円滑に相対移動することができ、変形によって長径方向に働く引張り力が吸収緩和されて小さくなり、ダイヤフラムが異常摩耗する等の早期損傷が抑制又は回避可能となる。その結果、ダイヤフラムと下支持部との摺動部の滑り易さを強度低下を招くことなく改善し、ダイヤフラム下部の早期摩耗や摩滅を抑制又は回避できるようにして、所期の性能を長期に亘り確実、かつ、安定良く発揮させ、耐久性のさらなる向上が可能となる鉄道車両用空気ばねを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, as will be described in detail in the section of the embodiment, the portion of the lower support portion that receives the lower bead portion of the diaphragm is reinforced with synthetic fiber short fiber-filled rubber. Abrasion wear can be reduced by reducing the friction coefficient. Therefore, even if the air spring is horizontally displaced in the left-right direction or the front-rear direction due to meandering or turning during running of a railway vehicle, the receiving part of the lower support part and the lower bead part can smoothly move relative to each other, As a result, the tensile force acting in the major axis direction is absorbed and reduced, and early damage such as abnormal wear of the diaphragm can be suppressed or avoided. As a result, the slipperiness of the sliding part between the diaphragm and the lower support part is improved without causing a decrease in strength, and early wear and wear of the lower part of the diaphragm can be suppressed or avoided, and the expected performance is prolonged. It is possible to provide an air spring for a railway vehicle that can be reliably and stably exhibited and can further improve durability.
請求項1の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、繊維の配合方向が揃えられた合成繊維短繊維シート材は、プレスしつつ加硫処理することにより、加硫後には繊維の配合方向が空気ばねとしての軸心に対して放射状に揃うようになる。従って、請求項1の発明による前記効果を、加硫時のゴムの流動を利用することによって特別な処理を行うことのない経済的、合理的な状態で得ることができる利点がある。
加えて、支持板における下ビード部を受止める部分が、未加硫ゴムにアラミド短繊維を混合してシート状に加工することにより繊維の配合方向が揃えられた薄板状で環状の合成繊維短繊維シート材が環状のゴム材に載置された状態でプレスされつつ加硫処理されることで成るから、短繊維が円周放射状に流動して向きが揃えられるようになる。
また、請求項1を方法化した請求項4の「鉄道車両用空気ばねの製造方法」においても、請求項1の作用効果と同等の作用効果を奏することが可能である。
According to the first aspect of the present invention, the synthetic fiber short fiber sheet material in which the compounding direction of the fibers is aligned is described in detail in the section of the embodiment. The fiber blending direction is aligned radially with respect to the axial center as an air spring. Therefore, there is an advantage that the above-described effect according to the invention of claim 1 can be obtained in an economical and rational state without performing any special treatment by utilizing the rubber flow during vulcanization.
In addition, the portion of the support plate that receives the lower bead portion is a thin plate-like annular synthetic fiber short in which the fiber compounding direction is aligned by mixing aramid short fibers with unvulcanized rubber and processing it into a sheet shape. Since the fiber sheet material is vulcanized while being pressed in a state where it is placed on the annular rubber material, the short fibers flow radially and are aligned.
Further, in the “method for manufacturing an air spring for a railway vehicle” according to
そして、請求項2のように、合成繊維短繊維の材質としては、引張り強さ、弾性率、耐熱性に優れた有機繊維となるアラミドを用いれば好都合であり、請求項3のように、短繊維長さを3〜9mmとすれば、下ビード部を受止める部分を、優れた耐摩耗性と優れた量産性との両立が図れるものとすることができる。
Then, as in
以下に、本発明による鉄道車両用空気ばねの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は鉄道車両用懸架装置を示す断面図、図2は上下反転された中間支持部材を示す斜視図、図3は受止リング部分の別構造を示す要部の断面図、図4は絡みネット(網状繊維)を示す半円状の平面図、図5は絡みネットの部分拡大図、図6は従来及び本発明の網状繊維及び空気ばねの各種性能を示す特性表である。 Embodiments of a railcar air spring according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view showing a railcar suspension system, FIG. 2 is a perspective view showing an intermediate support member that is turned upside down, FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing another structure of a receiving ring portion, and FIG. FIG. 5 is a partial enlarged view of the entangled net, and FIG. 6 is a characteristic table showing various performances of the conventional net fiber and the air spring of the present invention.
〔実施例1〕
図1,2に鉄道車両用懸架装置Aが示されている。この懸架装置Aは、上から下に空気ばね(鉄道車両用空気ばね)a、弾性ストッパc、弾性ばね機構bをこの順で配備して構成されている。空気ばねaは、鉄道車両の車体(図示省略)に取付られることとなる上下方向視で円形の上支持部(外筒とも言う)1と、その下方に配置される中間支持部(「下支持部」の一例であり内筒とも言う)2と、これら両者1,2に亘って設けられるCRやNR等のゴム(弾性材の一例)製のダイヤフラム(ベローズ)3と、を有して構成されている。
[Example 1]
1 and 2 show a railway vehicle suspension system A. FIG. The suspension device A is configured by arranging an air spring (a railcar air spring) a, an elastic stopper c, and an elastic spring mechanism b in this order from top to bottom. The air spring a includes a circular upper support portion (also referred to as an outer cylinder) 1 as viewed in the up-down direction and an intermediate support portion ("lower support") disposed below the air spring a when attached to a vehicle body (not shown) of a railway vehicle. And an inner cylinder) 2, and a diaphragm (bellows) 3 made of rubber (an example of an elastic material) such as CR or NR provided over both 1 and 2. Has been.
上支持部1は、上下方向視で円形を呈する鋼板製の支持座1a、これの下面に固着される鋼板製の筒部1b、これら両者1a,1bに亘って固定される上下軸心Pを有する支軸1c、筒部1bの径外側において支持座1aの下面側に一体化されるリング状でゴム製の上受座1d、及び、筒部1bの下側に蓋するように固定される底壁部1e等を有して構成されている。上受座1dは、有底筒部1bの外周面には薄膜状で支持座1aの下面内側には厚肉状に形成され、かつ、径外側ほど下方に厚くなる形状(略鉢伏形状)に形成されている。底壁部1eの下面には、ステンレス材製で円形の板状摺動部材6が接着等によって一体化されている。
The upper support 1 includes a steel plate support seat 1a that is circular in a vertical view, a
ダイヤフラム3は、支持座1aと筒部1bとで形成される上隅角部に圧入的に嵌合される上ビード部3a、広い面積でもって上受座1dで受け止められる円板上部3b、最も横方向に張り出す本体部3c、及び、中間支持部2の上端外周壁2aの外周面とフランジ部(「ダイヤフラムの下ビード部を載せ付けて受止める部分」の一例)2bの上面とで形成される下隅角部にアタッチメントリング7を介して圧入的に嵌合される下ビード部3dを有して形成されている。つまり、自動車のタイヤとホイールとの関係のように、上支持部1と中間支持部2との双方にダイヤフラム3がボルト等の締結構造無しに嵌合装着さる構造、いわゆる「セルフシール型ダイヤフラム」を持つ空気ばねaに構成されている。
The
弾性ばね機構bは、台車側の下受台部4と、その上方に配置される中間支持部2とに亘って上下方向視で環状を為す第1弾性体5を介装して構成されている。下受台部4は、軸心Pを有する中心筒軸部4aと、台車に載せ付けられる部分である内径側部4bと、第1弾性体5が搭載される外周フランジ部4cと、内径側部4bとこれよりも設定高さの高い外周フランジ部4cとを繋ぐ傾斜周部4dとを有し、上下方向視で円形を呈するものに形成されている。
The elastic spring mechanism b is configured by interposing a first
つまり、下受台部4は、第1外周部分を為す第1円環外周壁である外周フランジ部4cと、第1中心部分を為す第1中心円壁である内径側部4bと、これら外周フランジ部4cと内径側部4bとを繋ぐように配される上拡がり円筒状の傾斜周部4dと、を有する略深皿形状に形成されている。尚、4eは台車(図示省略)との位置決め用のピンであり、傾斜周部4dにまで延長されている内径側部4bの一箇所に植設されている。
That is, the
中間支持部2は、外周フランジ部4cの上に位置する前述のフランジ部2b、内径側部4bの上方に位置する載置内周壁2c、傾斜周部4dの上方に位置するテーパ周壁2d、及び前述の上端外周壁2aを有し、上下方向視で円形を呈するものに形成されている。つまり、第2外周部分を為す第2円環外周壁であるフランジ部2bと、第2中心部分を為す第2中心円壁である載置内周壁2cと、これらフランジ部2bと載置内周壁2cとを繋ぐように配される上拡がり円筒状のテーパ周壁2dと、を有する略御椀形状に形成されている。尚、載置内周壁2cの下面側には、図2にも示すように、軸心Pを中心とした放射線状の8箇所に補強リブ18が一体形成されており、中心孔2fの周囲部分は載置内周壁2cよりも肉厚に形成されている。
The
第1弾性体5は、金属製で三枚の硬質板8と上下三層のゴム層9とが上下に交互に積層されて成る積層ゴム構造に構成されて、外周フランジ部4cとフランジ部2bとの上下間に介装されている。最下層のゴム層9は外周フランジ部4cに加硫接着によって一体化されており、最上部の硬質板8はフランジ部2bにOリング(符記省略)を介して気密状にボルト止めされている。
The first
弾性ストッパcは、上下方向視で第1弾性体5の内側に位置する状態で中間支持部2に載置されて、所定以上に下降してくる上支持部1を受止め可能な第2弾性体10と、この第2弾性体10を上下に予圧縮した状態で組付けるため当接部材11と、当接部材11をその上昇移動を規制しながら中間支持部2に係止するための受止リング12とを有して構成されている。略御椀形状の中間支持部材2は、図1に示す組付時において、載置内周壁2cと外周フランジ部4cとが上下方向で極僅かに干渉する相対高さ関係にある。従って、ダイヤフラム3がエアレス状態となり、鉄道車両の荷重が直接的に弾性ストッパcに作用した場合には、載置内周壁2cと外周フランジ部4cとは上下方向で明確に干渉する相対高さ関係になる。
The elastic stopper c is a second elasticity that is placed on the
第2弾性体10は、金属製で四枚の硬質板13と上下三層のゴム層14とが上下に交互に積層されて成る積層ゴム構造に構成されている。上下の硬質板13,13はほぼゴム層14と等しい内径であるが、上下中間2枚の硬質板13,13はゴム層14の内径より大きな内径とゴム層14の外径より小さい外径とを有する埋設状態で装備されている。円環板状の受止リング12は、テーパ周壁2dの平坦頂面2eに取り外し可能に複数のボルト15を用いて固定されている。当接部材11は、第2弾性体10の上面に被さる中心壁11aと、受止リング12に干渉する径を持つ係止フランジ11bと、これら中心壁11aと係止フランジ11bとを繋ぐ側周壁11cとを有する深皿状のものに形成されている。
The second
弾性ストッパcを組付けるには、第2弾性体10を載置内周壁2cに載置してその上に当接部材11を蓋をするように被せる。そして、受止リング12を当接部材11を通過させて落し込んで係止フランジ11b上に位置させ、その状態で複数のボルト15を中間支持部材2に螺着させて絞め込んでゆくことにより、第2弾性体10を所定量上下に圧縮させた状態で中間支持部材2に装備させることができる。その組付状態では、第1弾性体5と第2弾性体10とが上下方向でほぼ第1弾性体5の高さ分重なるように設定されており、上下にコンパクトな状態で弾性ばね機構bと弾性ストッパcとが配置構成されている。
In order to assemble the elastic stopper c, the second
当接部材11の中心壁11aの上面には、フッ素樹脂等の低摩擦材から成る円形平板状の滑り部材16が接着等の手段によって一体化されており、この滑り部材16と板状摺動部材6とによって滑り機構eが構成されている。つまり、滑り機構eは、当接部材11の上面と上支持部1における上下方向で上壁部4aに対向する部分である底壁部1eの下面との何れか一方に低摩擦材から成る滑り部材16を、かつ、何れか他方に滑り部材側の面が平らな板状摺動部材6をそれぞれ配備して構成されている。
On the upper surface of the
次に、低摩擦機構19について説明する。アタッチメントリング7は、図3,図7に示すように、中間支持部2のフランジ部2bに載せ付けられるプレス鋼板製の支持円板23と、その上面側に加硫接着等によって一体化される環状ゴム(ゴム製の支持板の一例)24とで形成されている。環状ゴム24は、下ビード部3dに嵌合するような形状に形成されるSBR(スチレン・ブタジエン・ゴム)やNR等であって、その上面部分24Aはアラミド短繊維入りゴム、即ち複合ゴムに形成されている。つまり、環状ゴム24における下ビード部3dを受止める部分である上面部分24Aが合成繊維短繊維入りゴムで補強形成され、その複合ゴム部24Aを設けることにより、中間支持部2とダイヤフラム3との摩擦を低減させる低摩擦機構19が構成されている。
Next, the
複合ゴム部分24Aの作り方は次のようである。即ち、シート状にて加工され、その短繊維配向方向が一定方向に揃ったもの、即ち、図8に「成型状態」で示す円環状のものが複合原材24aである。つまり、未加硫ゴムにアラミド短繊維を混合し、それを一般的なゴム押出機或いはカレンダーロール等によりシート状に加工することで配向性を持たせたものが複合原材24aである。そして、その複合原材24aを環状ゴム24の未加硫状態のもの、即ちゴム材24gに載せ、その状態で圧縮(プレス)しながら加熱して加硫すると、金型の構造にもよるが、ゴムが径内側から径外側に向かって円周放射状に流動しながら加硫される。図8の「成型状態」は、ゴム材24gの上方に複合原材24aが位置する分解斜視図的に描いてある。尚、短繊維が放射状に配向されなくても、摩擦係数の低減効果は十分に発揮される。
The method of making the
その結果、図8の「加硫後」で示されるように、ゴムの流動によってアラミド繊維rもほぼ放射状に並ぶように配向方向が変更されるようになりうる。つまり、加圧しながら加硫するという一般的な加硫処理を行うだけで、アタッチメントリング7の、つまりは空気ばねaの形状に好適な放射線状にアラミド短繊維rの向きを極力揃えることができる。これにより、支持円板23をどの向きに配置しても、各部の摩擦抵抗は一定となり、又、表層にアラミド繊維rが配置(露出)される複合ゴム24Aと下部ビード部3dとの摩擦係数が従来よりも大きく下がり、ダイヤフラム3の下部に早期の損傷が起きないようにして耐久性を満足行くように改善することが可能になる。
As a result, as shown in “after vulcanization” in FIG. 8, the orientation direction can be changed so that the aramid fibers r are also arranged almost radially by the flow of the rubber. That is, the orientation of the aramid short fibers r can be aligned as much as possible in a radial pattern suitable for the shape of the
複合原材24aは、ポリマーであるSBRとアラミド短繊維とカーボンブラック等のその他との配合比が100:2:81であり、アラミド短繊維の長さは6mmとした。短繊維の長さを長く(9mm以上)すると配向方向で摩耗差が大きくなり、短く(3mm以下)にすると耐磨耗性が低下するからである。また、短繊維の長さが長いと、加硫時の流動効果が少なくて配向が変化し難く、長さが短いと、流動効果が高過ぎて短繊維密度が乱れたり短繊維がゴムから離脱するおそれがある。参考に、アラミド短繊維の物性例は、単繊維直径が12μm、強度が25g/D、破断伸度4.4%、熱分解開始温度が500℃である。
In the composite
そして、本発明による摩擦低減機構19を有する空気ばねaを持つ鉄道車両用懸架装置においては、図6の特性表(後述)には記載していないが、前後移動量が70mmでは100万回で異常出ず、前後移動量100mmでは50万回で異常出ず、前後移動量150mmでは30万回で異常出ず、という上支持部2とダイヤフラム3上部と同等の耐久性を持つことが知見された。
And, in the railway vehicle suspension system having the air spring a having the
横滑り機構20について説明する。図1に示すように、上支持部1の上受座1dとダイヤフラム3の円板上部3bとの上下間に、摺動板21とこれの下に位置する絡みネット(網状繊維の一例)22とで成る横滑り機構20が装備されている。摺動板21は、ドーナツ形状(円環形状)のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン:金属又は合成樹脂の一例、かつ、フッ素樹脂の一例)製でシート状のものであって、上受座1dの下面(「ダイヤフラムを受止める部分」の一例)1Kに敷設されている。摺動板21は接着剤で接着するか、もしくは加硫接着するか、或いは非接着にて配置するかという手段により上受座1dの下面1Kに付設されている。
The
絡みネット22は、図5に示すように、熱処理を施したポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維等の毛羽の少ない繊維が使用されるとともに変性シリコン樹脂がコーティング(塗布の一例)されている。そして、図4に示すように、絡みネット22は、円環形状(ドーナツ形状)でシート状の網状繊維に形成されている。変性シリコン樹脂コーティングにより、摺動板21との摩擦により偏りが出ないような剛性を絡みネット22に持たせることができている。網状繊維が変性シリコン樹脂でコーティングされた絡みネット22や横滑り機構20の機能や効果は次のようである。
As shown in FIG. 5, the
即ち、空気ばねaにおいては、軸心Pに対し、前後左右上下変位と回転変位とが同時に加わるような状況もあり、その場合には絡みネット22の必要伸び(伸び率)が最大50%に達することがある。そのような場合、通常のナイロン網やカラミ網等では破断限界伸びが50%〜60%であることから、繰り返し許容伸びは20%程度となり、従って、繰り返し伸びが前記50%となるような状況においては、従来の繊維では破断してしまうことが容易に予測される。これに対して、横滑り機構20においては絡みネット22と摺動板21との間、及び絡みネット22と円板上部3bとの間で良好に滑りが生じるので、絡みネット2の繊維自体に必要となる伸びが減少され、かつ、関係する部材に摩擦による摩耗が発生し難い(又は無い)ようにすることが可能になる。
That is, in the air spring a, there is a situation in which a longitudinal displacement, a vertical displacement, and a rotational displacement are simultaneously applied to the shaft center P. In that case, the required elongation (elongation rate) of the
絡みネット22の網状繊維としては、軸心Pを中心とする360度のいずれの方向に引張り力が加わっても一定以上の変形が可能なカラミ織りが望ましい。これによれば、カラミ状のフィラメント間にも変性シリコン樹脂が浸透され、長期間の繊維コーティングが保持可能になる。尚、変性シリコン樹脂をコーティングする前に、網状繊維にRFL(レゾルシン・ホルマリン・ラテックス)処理を行うとともに、変性シリコン樹脂コーティングの後に、150〜170℃の乾燥空気で10〜30分間の熱処理を行うことにより、変性シリコン樹脂をより強固に網状繊維に一体化させることが可能になる。
As the mesh fiber of the
絡みネット22に使用する網状繊維の網目の大きさは1〜4mm程度が望ましい。何故なら、目が小さいと変性シリコン樹脂が全面的に付着して一枚の布状になってしまい、ダイヤフラム3の変形に追従できないし、目が大きいと変性シリコン樹脂の付着が十分でなく、また部分的に網めからゴムが露出する可能性もあるからである。又、網目の形状は特に問わないが、六角形とすれば、XYZの三方向のいずれにも張力が円周のどの部位にて発生しても絡みネット22(繊維)に掛かる伸びが極大化しない点で有利であると考えられる。
The mesh size of the mesh fiber used for the
変性シリコン樹脂塗料は、建物、プラント、排気管、パイプ等のさび止め耐熱塗料用として多用されている樹脂であり、耐候性や耐久性に優れている。従って、一般的に金属や壁塗り用としてものである認識の変性シリコン樹脂を、合成繊維製の網状繊維に塗布するという発想の転換により、その変性シリコン樹脂でコーティングされた絡みネット22とPTFE製摺動板21との対で成る横滑り機構20が構成されている。これにより、絡みネット22が摺動板21ともダイヤフラム3とも低摩擦係数での接触となり、空気ばねaが左右方向や前後方向に水平変位しても、擦れによる摩耗や絡みネット22の捲れ上がり等の不都合が生ぜず、円板上部3bに早期に損傷が発生することなくダイヤフラム3の耐久性が向上する。
The modified silicone resin paint is a resin that is frequently used as a rust-resistant heat-resistant paint for buildings, plants, exhaust pipes, pipes, etc., and has excellent weather resistance and durability. Therefore, the entanglement net 22 coated with the modified silicone resin and the PTFE made by changing the idea of applying the recognized modified silicone resin, which is generally used for metal or wall coating, to the mesh fiber made of synthetic fiber. A side-sliding
次に、横ストッパ機構dについて説明する。載置内周壁2cを、第1弾性体5に載置されるフランジ部2bに対して下方に落し込み、かつ、下受台部4における第1弾性体5が載置される外周フランジ部4cを、台車側に載置される内径側部4bに対して上方に引き上げることにより、第1弾性体5が規定以上に水平方向(横方向)に、即ちせん断弾性変形する場合には、下受台部1の上部1Aと中間支持部2の下部2Uとが当接してそれ以上のせん断弾性変形が阻止される横ストッパ機構dが構成されている。詳しくは、図1に仮想線で示すように、横ストッパ機構dは、テーパ周壁2d又は載置内周壁2cと傾斜周部4dとの当接で機能する状態に構成されている。
Next, the lateral stopper mechanism d will be described. The mounting inner
即ち、空気ばねaが正常である通常時では、図1に示すように、荷重方向で直列的に連結されている空気ばねaと弾性ばね機構bとで懸架されるが、パンク等によってダイヤフラム3から空気が抜けるエアレス状態になると、図示は省略するが、滑り部材16に板状摺動部材6が当接するまで上支持部1が下降し、それによって弾性ストッパcと弾性ばね機構bとが直列的に連結されて懸架する状態に切換る。例えばボルスタレス台車を有する鉄道車両が曲線走行するとダイヤフラム3が捩れるが、エアレス状態では滑り部材16と板状摺動部材6とが相対横滑り移動する滑り機構eが機能して吸収する。
That is, in the normal time when the air spring a is normal, as shown in FIG. 1, the air spring a is suspended by the air spring a and the elastic spring mechanism b that are connected in series in the load direction. In the airless state where air is released from the upper support portion 1, the upper support portion 1 is lowered until the plate-like sliding member 6 comes into contact with the sliding
その場合、満員等で大荷重状態であるとか、高速又は小曲率カーブであるなどによって大なる横荷重が作用すると、積層ゴム構造の第1弾性体5が(弾性ばね機構bが)大きくせん断弾性変形するおそれがある。その大なるせん断弾性変形が生じると、横ストッパ機構dが機能して、テーパ周壁2d又は載置内周壁2cと傾斜周部4dとが当接してそれ以上の変形が阻止される。つまり、横ストッパ機構dにより、エアレス状態における鉄道車両の大きな横揺れが未然に防止されるようになる。従って、パンク等によってエアレス状態になってしまっても、弾性ばね機構bと弾性ストッパcとによってソフトながら踏ん張りの効く良好なクッション性能を発揮しながら大きな横揺れも防止され、その日ぐらいは何とか営業運転が可能となっている。
In that case, if a large lateral load is applied due to a full load or the like, a high speed or a small curvature curve, etc., the first
また、横ストッパ機構dの構成要素である下受台部材4は略深皿形状とされていて、単なる平板状のものに比べて強度や剛性が格段に向上する。また、略御椀形状に形成されている中間支持部2もその形状によって強度や剛性に富むものとなっている。故に、厚みを減らしてのコストダウンや軽量化、或いは耐久性向上等の利点を得ることも可能となっており、より経済的で合理的となるように改善された鉄道車両用懸架装置Aの実現に成功している。
In addition, the
ところで、図3に示すように、受止リング12の内周面に環状ゴム17を加硫接着等によって一体的に装備して衝撃緩和機構fであって、エアレス状態において当接部材11と受止リング12との相対横ズレ移動した場合の、金属材どうしである当接部材11と受止リング12との当接を回避し、ショック吸収効果や騒音防止効果が得られる構成とすれば好都合である。つまり、第2弾性体10を予圧縮するための当接部材11と、この当接部材11の第2弾性体10の予圧縮の反力による軸心P方向への移動を阻止する阻止部材(受止リング)12との何れか一方、又は双方にゴム等の弾性材を介装させて衝撃緩和機構fが構成されている。
By the way, as shown in FIG. 3, an
図6に示す特性表に本発明による絡みネット22を用いた横滑り機構20と、その他の網状繊維を用いた横滑り機構とのそれぞれの特性が示されている。即ち、網状繊維の試験体として、半径方向幅Rが150mmのものを用いており、従来品1〜従来品5は変性シリコン樹脂塗料の塗布が無く、かつ、従来品1〜従来品4は外周側から径内側に向かって切り込まれる複数のスリットを有するもの(特開2005−199761号公報を参照)である。本発明品は、合成繊維製の網状繊維に変性シリコン樹脂がコーティングされたものである。
The characteristic table shown in FIG. 6 shows the respective characteristics of the
即ち、従来品1は、網状繊維の外周辺部に長さL=40mm(L/R≒0.267)のスリットが周方向に等間隔で8個形成されたものであり、従来品2は、長さL=30mm(L/R=0.2)のスリットが周方向に等間隔で6個形成されたものである。従来品3は、網状繊維の外周辺部に長さL=40mm(L/R≒0.267)のスリットが周方向に等間隔で10個形成されたものであり、従来品4は、長さL=50mm(L/R≒0.333)のスリットが周方向に等間隔で8個形成されたものである。これら従来品1〜5、及び本発明品を有する空気ばねのそれぞれに三種類の水平変位(70,100,150mm)を繰り返して負荷する耐久試験を行い、巻き込み、や偏り変形や破断が生じるまでの水平変位繰り返し回数を計測するとともに、その計測結果か網状繊維並びに空気ばねaとしての性能及び耐久性について、図6に示す特性表として判断した。
That is, the conventional product 1 is one in which eight slits having a length L = 40 mm (L / R≈0.267) are formed at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the mesh fiber. , Six slits having a length L = 30 mm (L / R = 0.2) are formed at equal intervals in the circumferential direction. In the
図6の特性表から明らかなように、空気ばねに作用する前後移動量が70mmとされる場合では、従来品5では、目標耐久回数の2.4×105 (24万回)に達しない迄の1.2×104 に巻き込みが発生しているが、従来品1,2では目標耐久回数の2.4×105 では巻き込みが発生していない。従来品3では、目標耐久回数の2.4×105 に達しない迄の2.0×104 位に網状繊維に偏り変形が発生し、また、従来品4では、目標耐久回数の2.4×105 に達しない迄の5.5×104 位にスリット形成部位で破断が発生している。従来品1,2では、目標耐久回数の2.4×105 では偏り変形や破断は発生していない。これらに対して本発明品では、前記目標耐久回数では全く問題がなく、1×106 回(100万回)でも異常は起きなかった。
As apparent from the characteristic table of FIG. 6, when the amount of forward / backward movement acting on the air spring is 70 mm, the
前後移動量が100mmとされる場合では、従来品1のものは5×104 回(5万回)で、従来品2のものは4×104 回(4万回)で、従来品3のものは6×103 回(6千回)で、従来品4のものは1×104 回(1万回)で、従来品5のものは3×103 回(3千回)でそれぞれ異常が発生した。これに対して本発明品では、前記目標耐久回数(24万回)では全く問題が無く、5×105 回(50万回)でも異常は認められなかった。
In the case where the longitudinal movement is 100 mm, the conventional product 1 is 5 × 10 4 times (50,000 times), and the
また、前後移動量を150mmとされる場合では、従来品1のものは3×104 回(3万回)で、従来品2のものは2×104 回(2万回)で、従来品3のものは3×103 回(3千回)で、従来品4のものは4×103 回(4千回)で、従来品5のものは1×103 回(1千回)でそれぞれ異常が発生した。これに対して本発明品では、前記目標耐久回数(24万回)では全く問題が無かった。因みに、3×105 回(30万回)でも異常は認められなかった。
In the case where the forward / backward movement amount is 150 mm, the conventional product 1 is 3 × 10 4 times (30,000 times), and the
これらから総合判断して、本発明品では、水平変位時の摩擦抵抗の減少による緩衝性能並びに可撓部材の破損防止性能を空気ばねaの目標耐久回数、即ち、耐久寿命に達するまで安定良く維持できることが確認できている。尚、図6中の総合判定において、○はいずれの前後移動量においても巻き込みも偏り変形も破断もないため、所期性能を空気ばねa全体の耐久寿命まで保持できたことの意であり、△は前後移動量が70では巻き込みによる性能低下はないが、前後移動量が100以上になると耐久寿命に至るまでに偏り変形或いは破断が発生したことの意であり、▲は耐久寿命に至るまでに偏り変形或いは破断が発生したことを意味し、×は巻き込みによって所期性能が早期に失われたことの意である。 Based on these comprehensive judgments, the product of the present invention stably maintains the shock absorbing performance due to the decrease in frictional resistance during horizontal displacement and the damage prevention performance of the flexible member until the target endurance number of the air spring a, that is, the endurance life is reached. It has been confirmed that it can be done. In addition, in the comprehensive judgment in FIG. 6, ◯ means that there is no entanglement, bias deformation, or breakage in any of the forward and backward movement amounts, so that the expected performance can be maintained up to the durability life of the entire air spring a, △ means that there is no performance degradation due to entrainment when the back-and-forth movement amount is 70, but when the back-and-forth movement amount exceeds 100, it means that biased deformation or breakage has occurred until the end of the endurance life, and ▲ until the end of the endurance life Means that the partial deformation or fracture occurred, and x means that the expected performance was lost early due to the entrainment.
1 上支持部
2 下支持部
2b 下支持部の下ビード部受止める部分
3 ダイヤフラム
3d 下ビード部
24 支持板
24A 支持板の下ビード部受止める部分(複合ゴム部)
24a 合成繊維短繊維シート材
24g ゴム材
a 鉄道車両用空気ばね
r 合成繊維短繊維(アラミド短繊維)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
24a Synthetic fiber short
Claims (4)
前記下支持部における前記ダイヤフラムの下ビード部を載せ付けて受止める部分に、ゴム製で環状の支持板を配備するとともに、前記支持板における前記下ビード部を受止める部分が合成繊維短繊維入りゴムで補強形成される複合ゴム部であり、
前記複合ゴム部が、未加硫ゴムにアラミド短繊維を混合してシート状に加工することにより繊維の配合方向が揃えられた薄板状で環状の合成繊維短繊維シート材が環状のゴム材に載置された状態でプレスされつつ加硫処理されることで成るものである鉄道車両用空気ばね。 An air spring for a railway vehicle comprising a diaphragm made of an elastic material over an upper support portion on the vehicle body side and a lower support portion on a cart side disposed below the vehicle body,
A rubber-made annular support plate is provided on a portion of the lower support portion where the lower bead portion of the diaphragm is placed and received, and a portion of the support plate that receives the lower bead portion includes synthetic fiber short fibers. a composite rubber portion that will be reinforced made of rubber,
The composite rubber part is made of a thin sheet-like annular synthetic fiber short fiber sheet material in which the compounding direction of the fibers is aligned by mixing unvulcanized rubber with aramid short fibers and processing into a sheet shape into an annular rubber material An air spring for a railway vehicle, which is formed by being vulcanized while being pressed in a mounted state .
前記下支持部における前記ダイヤフラムの下ビード部を載せ付けて受止める部分に、ゴム製で環状の支持板を配備するとともに、前記支持板における前記下ビード部を受止める部分が合成繊維短繊維入りゴムで補強形成される複合ゴム部であり、A rubber-made annular support plate is provided on a portion of the lower support portion where the lower bead portion of the diaphragm is placed and received, and a portion of the support plate that receives the lower bead portion includes synthetic fiber short fibers. It is a composite rubber part reinforced with rubber,
前記複合ゴム部を、未加硫ゴムにアラミド短繊維を混合してシート状に加工することにより繊維の配合方向が揃えられた薄板状で環状の合成繊維短繊維シート材を、環状のゴム材に載置された状態でプレスしながら加熱して加硫することで作る鉄道車両用空気ばねの製造方法。The composite rubber portion is processed into a sheet by mixing unvulcanized rubber with aramid short fibers to form a thin plate-like annular synthetic fiber short fiber sheet material in which the fiber compounding directions are aligned, and an annular rubber material A method for manufacturing an air spring for a railway vehicle, which is produced by heating and vulcanizing while pressing in a state where it is placed on the rail.
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