JP5254058B2 - Shaft box support device - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の車体を支持してレール上を走行する鉄道車両用台車の軸箱支持装置に関する。 The present invention relates to an axle box support device for a railway vehicle carriage that supports the vehicle body of the railway vehicle and travels on the rail.
鉄道車両が曲線を通過する場合、外軌側車輪においては車輪直径の大きな部分がレール上を接触回転するとともに内軌側車輪においては車輪直径の小さな部分がレール上を接触回転し、この車輪直径差によって外軌と内軌とのレール長短差を補っている。
ところが、このような曲線走行時においては車輪の転走方向が曲線の接触方向と一致しておらず、このため車輪フランジとレールの車輪フランジ接触面との間にはアタックアングルと称する角度が生じ、これに起因する応力と車両の遠心力のため車輪とレール間には横圧が発生する。
When the railway vehicle passes through a curve, a portion with a large wheel diameter rotates on the rail on the outer gauge side wheel, and a portion with a small wheel diameter rotates on the rail on the inner gauge side wheel. The difference compensates for the rail length difference between the outer and inner gauges.
However, during such a curved run, the rolling direction of the wheel does not coincide with the contact direction of the curved line, so that an angle called an attack angle occurs between the wheel flange and the wheel flange contact surface of the rail. Lateral pressure is generated between the wheel and the rail due to the stress caused by this and the centrifugal force of the vehicle.
上記のような横圧が生じるとレールが押し広げられたり磨耗の進行が早まることでメンテナンスコストが増大し、さらに車輪とレール間のキシミ音が発生するという問題が生じる。また、この横圧は曲線走行時の速度が大きいほど顕著となる一方、目的地までの到達時間短縮のためには曲線走行速度の向上が望まれている。 When the lateral pressure as described above is generated, the rail is pushed and the progress of wear increases, so that the maintenance cost is increased, and further, a squeak noise between the wheel and the rail is generated. In addition, the lateral pressure becomes more pronounced as the speed at the time of curve traveling increases, while improvement of the curve traveling speed is desired in order to shorten the arrival time to the destination.
これに対応すべく、特許文献1には、車両に搭載された制御装置によって制御されるシリンダー等の移動装置が軸箱を車両進行方向前方あるいは後方に移動させる鉄道車両用車輪操舵装置が提案されている。
この装置においては、車両の曲線走行時に、外軌側の軸箱の移動装置には前輪‐後輪間の距離を伸張させる操舵指令が入力され、内軌側の軸箱の移動装置には前輪‐後輪間の距離を短縮させる操舵指令が入力される。これによって車輪の転向方向が曲線の接線方向に接近して横圧の低減を図ることができる。
In order to cope with this,
In this device, when the vehicle is traveling in a curved line, a steering command for extending the distance between the front wheels and the rear wheels is input to the outer rail-side axle box moving device, and the inner-rail side axle box moving device receives the front wheel. -A steering command for shortening the distance between the rear wheels is input. As a result, the turning direction of the wheel approaches the tangential direction of the curve, and the lateral pressure can be reduced.
また、特許文献2には、軸箱側に連結される軸箱側部材と台車側に連結される台車側部材とを車両進行方向に相対変位可能に接続して連結手段を構成するとともに、軸箱側部材と台車側部材との距離を短縮する方向に付勢する戻しバネ及び伸張する方向に付勢する空気バネとを設け、さらに、車両の曲線通過時に空気バネの内圧を増大する制御手段を設けた軸箱支持装置が提案されている。
この軸箱支持装置によれば、車両の直線走行時においては戻しバネにより軸箱側部材と台車側部材とが接近して引張荷重に対する剛性が増大し、走行安定性の向上が図られる。また、車両の曲線走行時においては外軌側の空気バネの内圧を増大させる操舵指令が制御手段より入力されることで、軸箱側部材と台車側部材との距離が離間して輪軸の操舵を行うことができる。さらにこの際、連結手段の剛性が低下することで該連結手段がより伸張し易くなるため、輪軸の操舵を一層円滑に行うことができ、曲線通過性能を向上させることが可能となる。
Further, in
According to this axle box support device, when the vehicle travels in a straight line, the axle box side member and the carriage side member approach each other by the return spring, and the rigidity against the tensile load increases, thereby improving running stability. In addition, when the vehicle is traveling in a curved line, a steering command for increasing the internal pressure of the air spring on the outer gauge side is input from the control means, so that the distance between the axle box side member and the carriage side member is increased and the wheel shaft is steered. It can be performed. Further, at this time, since the rigidity of the connecting means is reduced, the connecting means is more easily extended. Therefore, the wheel shaft can be steered more smoothly, and the curve passing performance can be improved.
ところで、上記従来の技術においては、制御装置による右曲がりもしくは左曲がりのいずれかの操舵指令によって、これら操舵指令に対応した曲がり方向への曲線通過性能が向上させられる。しかしながら、万一、逆操舵の指令が入力された場合、即ち、右曲がりにもかかわらず左曲がりの操舵指令がなされ、もしくは左曲がりにもかかわらず右曲がりの操舵指令がなされた場合、アタックアングルが大きくなり横圧が増加してしまうという問題がある。 By the way, in the above conventional technique, the curve passing performance in the bending direction corresponding to these steering commands is improved by the steering command of either the right turn or the left turn by the control device. However, if a reverse steering command is input, that is, if a left turn steering command is made despite a right turn, or if a right turn steering command is made despite a left turn, the attack angle There is a problem that the lateral pressure increases due to an increase in the pressure.
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、逆操舵の指令が入力された場合であっても横圧の増加を抑制し、安定した曲線通過性能を実現することが可能な軸箱支持装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and even when a reverse steering command is input, an increase in lateral pressure can be suppressed and stable curve passing performance can be realized. An object is to provide a shaft box support device.
前記課題を解決するために以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る軸箱支持装置は、鉄道車両用台車の前輪及び後輪の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向に沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対してそれぞれ支持する軸箱支持装置であって、前記連結手段は、前記軸箱に取り付けられる軸箱側部材と、前記台車枠に取り付けられ、前記軸箱側部材に対して前記車両の進行方向に相対変位可能に接続された台車側部材と、前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、これら軸箱側部材と台車側部材とを接近させる圧縮力Fsを発生する戻しバネと、前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、供給される内圧に応じてこれら軸箱側部材と台車側部材とを離間させる伸張力Fpを発生する空気バネと、前記車両の曲線走行時に、少なくとも外軌側の前記空気バネに所定の内圧を供給して該空気バネの伸張力Fpを増大する空気バネ制御手段とを備え、該空気バネ制御手段が、内軌側を走行する前輪がレールから受ける車両進行方向に沿った外力Finに対して、
In other words, the axle box support device according to the present invention provides a carriage frame of the carriage by connecting means extending along the traveling direction of the axle boxes provided at both ends of the axles of the front and rear wheels of the railway vehicle carriage. And the connecting means is attached to the axle box side member attached to the axle box and the bogie frame, and the vehicle travels relative to the axle box side member. A cart-side member connected to be capable of relative displacement in a direction, and a compression force Fs provided between the axle box-side member and the cart-side member and causing the axle box-side member and the cart-side member to approach each other. A return spring, an air spring that is provided between the axle box side member and the carriage side member and generates an extension force Fp that separates the axle box side member and the carriage side member according to the supplied internal pressure; , At least when the vehicle is traveling in a curved line An air spring control means for supplying a predetermined internal pressure to the air spring to increase the extension force Fp of the air spring, and the air spring control means receives the front wheel traveling on the inner track side from the rail in the vehicle traveling direction For external force Fin along
曲線走行時の際には、外軌側の前輪に対して、車両進行方向前方へ向かっての外力Fout、即ち、前輪を台車側部材から離間させる方向への外力Foutがレールから与えられる。一方、内軌側の前輪に対しては、車両進行方向後方へ向かっての外力Fin、即ち、前輪を台車側部材に接近させる外力Finがレールから与えられる。
本発明の支軸箱支持装置においては、前輪側における外軌側及び内軌側のそれぞれの空気バネの伸張力Fpが、戻しバネによる圧縮力Fsと内軌側の前輪がレールから受ける外力Finとの和以下となるように、それぞれの空気バネに供給される内圧が制限されることから、逆操舵の指令が入力された場合であっても前輪側の連結手段が上記圧縮力に逆らって伸張することはない。よって、逆操舵の場合における横圧の発生を防止することができる。
During the time of cornering, to the front of the outer rail side, the external force F out of toward the vehicle forward traveling direction, i.e., the external force F out in the direction to separate the front wheel from the carriage member is provided from the rail . On the other hand, an external force F in toward the rear in the vehicle traveling direction, that is, an external force F in causing the front wheel to approach the carriage side member is applied to the front wheel on the inner track side from the rail.
In the support box support device of the present invention, the extension force F p of the air spring on the outer track side and the inner track side on the front wheel side is received by the compression force F s by the return spring and the front wheel on the inner track side from the rail. to be equal to or less than the sum of the external force F in, since the internal pressure supplied to each of the air springs is limited, even if the command for reverse steering has been input connecting means of the front wheel side the compression force It will not stretch against it. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of lateral pressure in the case of reverse steering.
車両の曲線走行時においては、上述のように、外軌側の前輪には車両進行方向前方へ向かっての外力Foutが与えられる。よって、外軌側の前輪においては空気バネによる伸張力Fpが小さくとも上記外力Foutのサポートを受けることにより容易に伸張してアタックアングルを小さくすることができる。
これを踏まえて、本発明の軸箱支持装置においては、前輪側の空気バネによる伸張力Fpが後輪側に比べて小さくされていることから、その分だけ供給する内圧を低減させてエネルギーの効率化を図ることができる。
When the vehicle is traveling in a curved line, as described above, the front wheel on the outer track side is given an external force F out forward in the vehicle traveling direction. Therefore, in front of the curve outside it can be easily stretched to reduce the attack angle by receiving support stretching force F p with small the external force F out by the air spring.
In light of this, in the axle box support device of the present invention, since the stretching force F p by the front wheel side of the air spring is smaller than the rear wheel side reduces the pressure supplied by that amount energy Can be made more efficient.
本発明に係る軸箱支持装置によれば、空気バネに供給される内圧を一定量以下に制限することにより、逆操舵の指令が入力された場合であっても連結部が伸張することがない。したがって、逆操舵の場合であっても横圧の増加を抑制し、安定した曲線通過性能を実現することが可能となる。 According to the axle box support device of the present invention, the internal pressure supplied to the air spring is limited to a certain amount or less, so that the connecting portion does not expand even when a reverse steering command is input. . Therefore, even in the case of reverse steering, it is possible to suppress an increase in lateral pressure and realize a stable curve passing performance.
以下、本発明に係る軸箱支持装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は実施形態に係る軸箱支持装置を備えた鉄道車両用台車の側面図、図2は実施形態に係る軸箱支持装置の側断面図である。
なお、以下の説明では、通常の鉄道車両技術と同様に、レールの長手方向(車両の進行方向)を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直交する方向を左右方向(車幅方向)、軌道面に垂直な鉛直方向を上下方向と称する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an axle box support device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of a railcar bogie equipped with an axle box support device according to the embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view of the axle box support device according to the embodiment.
In the following description, the rail longitudinal direction (vehicle traveling direction) is the front-rear direction, the direction perpendicular to the rail longitudinal direction on the track surface is the left-right direction (vehicle width direction), and the track A vertical direction perpendicular to the surface is referred to as an up-down direction.
図1に示すように、台車1は、台車枠10と、台車空気バネ20と、輪軸30と、軸箱40と、軸箱支持装置50とから概略構成されている。
As shown in FIG. 1, the
台車枠10は、台車1のベースとなる構造部材であって、左右一対の側ばり、これら側ばりを中央に接続する横ばり等から構成されている。該台車枠10上には、台車空気バネ20及び牽引装置等の車体支持装置を介して車体(図示省略)が取り付けられる。
The
台車空気バネ20は、上記台車枠10と車体との間に設けられて該車体を弾性支持するものである。この台車空気バネ20は、台車1の左右に例えば一対が設けられ、台車枠10の左右の側ばりの上部にそれぞれ固定支持されている。
The
輪軸30は、略円盤状をなす2枚の車輪31を車軸32に圧入して組み立てたものであって、台車1の前部及び後部に互いに車軸32が平行となるように一対が設けられている。
また、軸箱40は、輪軸30の車軸32の両端部にそれぞれ設けられて該輪軸30を回動可能に支持するものであって、車軸32をその軸線回りに回転可能に支持する軸受、該軸受を収容する軸箱体、及び潤滑装置等を備えて構成されている。
The
The
軸箱支持装置50は、軸箱40を台車枠10に対して位置決めして弾性支持する装置である。この軸箱支持装置50は、軸バネ51、ダンパ52及び連結手段60を備えており、本実施形態においては連結手段60としてモノリンク式のものが採用されている。
The axle
軸バネ51は、軸箱40の上部と台車枠10の下部とにわたって設けられており、上下方向の荷重を支持している。
また、ダンパ52は、軸箱40の側部と台車枠10との間に設けられており、軸箱40が台車枠10に対して上下方向に変位した際に減衰力を発生させて振動を低減させるものである。
The
The
そして、連結手段60は、台車枠10と軸箱40との間に前後方向に沿って設けられており、これら台車枠10及び軸箱40に対して両端部がそれぞれピン継手によって揺動可能に接続されている。上記台車枠10における連結手段60との接続部11は、軸箱40に対して台車枠10の前後方向における略中央部よりの位置に配置されている。この連結手段60は、その一端部がこの接続部11に連結されるとともに、他端部が軸箱40の接続部41に連結されている。
And the connection means 60 is provided along the front-back direction between the
連結手段60は、詳しくは図2に示すように、軸箱40側に接続される軸箱側部材70と、台車枠10側に接続されて軸箱側部材70に対して連結手段60を伸縮させる方向(即ち、前後方向)に相対移動する台車側部材80と、円筒ゴムブッシュ90と、戻しバネ100と、空気バネ110とを備えている。
As shown in FIG. 2 in detail, the connecting
上記軸箱側部材70は、軸部71、フランジ72、ブッシュ保持部73、軸箱側ブッシュ74、ストッパ75、ナット部76を備えている。
The axle
軸部71は、連結手段60の長手方向に沿って延在する円柱状の部材であって、その軸箱40側(図2における左側)の端部には、該軸部71の軸線Oを中心として径方向外側に鍔状に張り出す円盤状のフランジ72が設けられている。
The
このフランジ72の軸箱40側を向く面には、この面から突き出すようにしてブッシュ保持部73が形成されており、該ブッシュ保持部73の側面には軌道面において上記軸線Oと直交する方向、即ち車軸32の延在方向と平行な方向に向けて貫通孔73aが形成されている。
A
そして、この貫通孔73aには、ブッシュ保持部73に対して軸箱40を弾性支持する軸箱側ブッシュ74が圧入されている。この軸箱側ブッシュ74は、略円筒状をなして上記貫通孔73aに圧入される外筒と、この外筒の内径側に配置され円環状をなす弾性体(ゴム等)とから構成されている。そして、この弾性体の内径側に軸箱40の接続部41に支持されるピンを挿入することによって、軸箱側ブッシュ74が軸箱40に対してピン回りに回転可能に連結されている。
A shaft box-
ストッパ75は、軸部71の台車枠10側(図2における右側)の端部に固定され、軸部71の外周面よりも外径側につば状に張り出した円盤状をなしている。このストッパ75によって、軸部71が後述する台車側部材80の外筒81に対して相対移動するストロークを規制するものである。このストロークは、車両が走行する路線の曲線における曲率や、連結手段60の幾何学的配置に応じて適宜設定される。
The
ナット部76は、フランジ72の台車枠10側の面部に固定された部材であって、後述する戻しバネ100の保持ボルト101の先端部が挿入されるとともにネジ結合される。
The
台車側部材80は、外筒81、フランジ82、ブッシュ保持部83、台車枠側ブッシュ84、戻しバネ座85、空気供給孔86を備えている。
The
外筒81は、上述した軸部71とほぼ同心、即ち軸線Oを中心として形成された円筒状をなし、その内径が軸部71よりも大きく形成されるとともにこの内径側に軸部71が挿入される。また、外筒81は、軸部71に対して、軸線方向Oに沿って、即ち前後方向に相対移動可能とされている。また、この外筒81の台車枠10側の端部には、その外周面から外径側につば状に張り出して円盤状をなすフランジ82が形成されている。
The
このフランジ82の台車枠10側を向く面には、この面から突き出すようにしてブッシュ保持部83が形成されており、該ブッシュ保持部83の側面には軌道面において上記軸線Oと直交する方向、即ち車軸32の延在方向と平行な方向に向けて貫通孔83aが形成されている。
A
そして、この貫通孔83aには、ブッシュ保持部83に対して台車枠10を弾性支持する台車枠側ブッシュ84が圧入されている。この台車枠側ブッシュ84は、略円筒状をなし上記貫通孔83aに圧入される外筒と、この外筒の内径側に配置され円環状をなす弾性体(ゴム等)とから構成されている。そして、この弾性体の内径側に軸箱40の接続部41に支持されるピンを挿入することによって、台車枠側ブッシュ84が台車枠10に対してピン回りに回転可能に連結されている。
And the bogie
なお、本実施形態において、連結手段60の長さ方向とは、軸箱側ブッシュ74と台車枠側ブッシュ84の中心間を結んだ直線の方向を指すものとする。
In the present embodiment, the length direction of the connecting
戻しバネ座85は、戻しバネ100の軸箱40側の端部と当接するとともに戻しバネ100を保持する面部であって、外筒81の軸箱40側の端部における外周面から外径側へ突き出して形成されている。戻しバネ座85には、戻しバネ100の保持ボルト101が挿入される開口が形成されている。
The
また、空気供給孔86は、フランジ82の台車枠10側を向く面から該フランジ82内を経由して空気バネ110の気室内まで連通して形成されており、空気バネ110に圧縮空気、即ち内圧を供給する管路が接続されている。
The
円筒ゴムブッシュ90は、軸箱側部材70の軸部71の外周面と、台車側部材80の外筒81の内周面との間の空間を満たすように配置されており、外筒81に対して軸部71を弾性支持している。
この円筒ゴムブッシュ90は、円筒状に形成された外筒及び内筒を備え、内筒は外筒の内径側に挿入されている。そして、外筒の内周面と内筒の外周面との間隔には、例えばゴム系の弾性材料が充填され、外筒及び内筒とそれぞれ加硫接着によって接合されている。そして、円筒ゴムブッシュ90の外筒が台車側部材80の外筒81の内径側に圧入されるとともに、該円筒ゴムブッシュ90の内筒に軸箱側部材70の軸部71が挿入されている。なお、本実施形態においてはこのような円筒ゴムブッシュ90が2つが軸線O方向に直列に並べて設けられている。
このようにして円筒ゴムブッシュ90は、主にゴム部が弾性変形することによって、軸箱側部材70の軸部71が台車側部材80の外筒81に対して軸線O方向、即ち前後方向に移動可能とされている。
The
The
In this way, the
戻しバネ100は、軸箱側部材70に対して台車側部材80を連結部材の長さが短縮される方向に付勢する金属製コイルスプリングであって、その軸方向を連結手段60の伸縮方向と一致させて、かつ外筒81の外周面と隣接して配置されている。この戻しバネ100は、連結手段60に対してその長さ方向に予圧縮を与えており、これによって、連結手段60は引張方向の外力がある程度の大きさに達するまでは基本長を保つようになっている。なお、この戻しバネ100の内周側には該戻しバネ100を軸方向に貫くようにして保持ボルト101が配置されている。
The
この保持ボルト101は、軸箱側部材70のナット部76に対して、台車枠10側から挿入されてネジ結合されている。この際、保持ボルト101の中間部は、台車側部材80の戻しバネ座85に挿入され、この戻しバネ座85に対して軸方向に沿って移動可能となっている。
このようにして戻しバネ100は、その内径側に保持ボルト101が挿入され、一方の端部は戻しバネ座85と当接するとともに他方の端部は保持ボルト101の頭部に係止され、これらの間で圧縮状態で保持されている。
The holding
In this way, the
空気バネ110は、軸箱側部材70に対して台車側部材80を連結手段60の長さが伸張される方向に付勢する部材であって、ベローズ111及び一対のベローズ保持部材112、113を備えている。
The
ベローズ111は、ゴム等の弾性体によって形成された円筒状の幕体であって、その内部には空気バネ110の気室が形成されている。このようなベローズ111の内部には、上述した軸部71、外筒81、戻しバネ100等が配置されている。
The bellows 111 is a cylindrical curtain body formed of an elastic body such as rubber, and an air chamber of an
ベローズ保持部材112,113は、ベローズ111の軸箱40側、台車枠10側の端部を、フランジ72、82に対してそれぞれ固定するものである。このベローズ保持部材112、113は、円環状のプレートの内縁部にベローズ111の端部に形成されたビード部と係合する凹凸部を形成したものであり、フランジ72,82に対してボルトによって締結されている。
The
また、このような軸箱支持装置50の空気バネ110には、以下のような空気バネ制御装置(図示省略)が搭載されている。
Further, the following air spring control device (not shown) is mounted on the
空気バネ制御装置は、車両の曲線走行時に空気バネ110に内圧を供給することによって該空気バネ110を伸張させる。これにより、軸箱側部材70と台車側部材80とを離間させるとともに該空気バネ110のバネ定数を増大させる。
The air spring control device extends the
車両の直線走行時においては、空気バネ制御装置が空気バネ110に対して内圧を供給することはない。よって、空気バネ110が伸張することはなく、また空気バネ110のバネ定数は極めて低いものとされ、バネ要素として作用することはほとんどない。
これによって、連結手段60に引張方向の外力が実質的に作用しない場合もしくは直線走行時の輪軸蛇行動等によって入力される程度の比較的小さな引張荷重が作用した場合には、外筒81の軸箱40側の端部がフランジ72と当接し、連結手段60の長さは最も圧縮された状態である基本長に維持される。即ち、戻しバネ100による圧縮方向の付勢力から空気バネ110による伸長方向の付勢力を減じた値は、直線走行時に作用する最大引張力よりも常に大きい状態となる。
したがって、直線走行時においては、連結手段60の引張荷重に対する剛性(輪軸30の前後方向支持剛性)を大きくして輪軸30の蛇行等を防止し、直線走行時の走行安定性を確保することが可能となる。
When the vehicle is traveling straight, the air spring control device does not supply the internal pressure to the
As a result, when the external force in the pulling direction does not substantially act on the connecting means 60 or when a relatively small tensile load that is input by the wheel snake behavior or the like during linear running acts, the shaft of the
Therefore, during straight running, the rigidity of the connecting means 60 with respect to the tensile load (supporting rigidity in the front-rear direction of the wheel shaft 30) can be increased to prevent meandering of the
これに対し、車両の曲線走行時においては、空気バネ制御装置が外軌側の空気バネ110に内圧を供給する。これにより、空気バネ110が伸張し、また空気バネ110のバネ定数が戻しバネ100のバネ定数よりも大きなものとなる。なお、通常、曲線走行時に内軌側の空気バネ110に内圧が供給されることはなく、内軌側の連結手段60の長さは基本長に維持される。
このような内圧の供給は、例えば、車両の空気溜めから空気バネ110に圧縮空気を供給する管路の途中に、比例制御弁を設けることによって容易に実行することができる。
なお、車両の曲線走行の検出は、例えば、車体にヨーレートセンサや横Gセンサを設けて、その出力に基づいて行うことができる。このとき、これらの出力と車両の走行速度とに基づいて曲線の曲率を求め、曲率が小さくなるのに応じて空気バネ110の内圧の増加量を大きくしてもよい。また、車両が走行する路線の曲線データを予め保持し、自車の走行位置と曲線データを対比して曲線走行を検出するようにしてもよい。
On the other hand, when the vehicle is running on a curve, the air spring control device supplies the internal pressure to the
Such supply of the internal pressure can be easily performed, for example, by providing a proportional control valve in the middle of a pipeline that supplies compressed air from the air reservoir of the vehicle to the
The vehicle can be detected on a curved line, for example, based on the output of a yaw rate sensor or a lateral G sensor provided on the vehicle body. At this time, the curvature of the curve may be obtained based on these outputs and the traveling speed of the vehicle, and the increase amount of the internal pressure of the
ここで、曲線走行時に各車輪31にレールより与えられる外力について、図3について説明する。
曲線走行時において、4つの車輪31のうち外軌側の前輪31aには、車両進行方向前方へ向かっての外力Fout、即ち、前輪31aを台車側部材80から離間させる方向への外力Foutがレールから与えられる。
一方、内軌側の前輪31bには、車両進行方向後方へ向かっての外力Fin、即ち、前輪31bを台車側部材80に接近させる方向への外力Finがレールから与えられる。
Here, FIG. 3 will be described with respect to the external force applied from the rail to each
During cornering, the four
On the other hand, the
これを踏まえて、曲線走行時の連結手段60に作用する力の関係について説明する。
外軌側の前輪31aについて図4(a)を参照して説明すると、この前輪31aに与えられた外力Foutは軸箱側部材70に対して同様の大きさの引張荷重として作用する。
また、戻しバネ100によって軸箱側部材70と台車側部材80とを接近させる圧縮力Fsが作用し、さらに、空気バネ110によって軸箱側部材70と台車側部材80とを離間させる伸張力Fpが作用する。そして、曲線走行時においては空気バネ制御装置の操舵指令により空気バネ110に内圧が供給されて、空気バネによる伸張力Fpが徐々に大きくなる。そして、
The
In addition, a compression force Fs that causes the axle
また、内軌側の前輪31bについて図4(b)を参照して説明すると、前輪31bに与えられた外力Finは軸箱側部材70に対して同様の大きさの圧縮荷重として作用する。また、戻しバネ100によって軸箱側部材70と台車側部材80とを接近させる圧縮力Fsが作用し、さらに、空気バネ110によって軸箱側部材70と台車側部材80とを離間させる伸張力Fpが作用する。また、内軌側においては空気バネ制御装置による操舵指令が入力されることはないため内圧が供給されることはない。よって、空気バネ110による伸張力Fpは小さなものとなり、常に、
このようにして、前輪31a、31b側の軸箱支持装置50においては、外軌側の連結手段60のみが伸張する。また、後輪31c、31dにおいても、曲線走行時に空気バネ制御装置の操舵指令により外輪側の空気バネ110に内圧が供給され、外軌側の連結手段60のみが伸張する。これによって、各車輪31の転向方向が曲線の接線方向と一致させられて横圧の低減が図られる。
さらに、空気バネ110が伸張することで該空気バネ110のバネ定数が大きくなると連結手段60の引張荷重に対する剛性が低下する。これによって、該連結手段60が伸張し易くなるため、輪軸30の操舵をより円滑に行って曲線通過性能を一層向上させることができる。
In this way, in the axle
Further, when the
ここで、空気バネ110に何らかのトラブルによって前輪31a、31bに逆操舵指令が入力された場合、即ち、外軌側ではなく内軌側の空気バネ110に内圧が供給された場合、あるいは外軌側と内軌側との両方の空気バネ110に内圧が供給された場合について検討する。
この場合、図4(b)に示すように、レールより車輪に与えられた外力Finに起因する圧縮荷重、戻しバネ100による圧縮力Fs、そして空気バネ110による伸張力Fpが作用する。そして、空気バネ110による伸張力Fpがレールより受ける外力Finと戻しバネ100による圧縮力Fsとの和よりも大きくなった場合、即ち、
In this case, as shown in FIG. 4B, a compressive load caused by the external force F in applied to the wheel from the rail, a compressive force F s by the
このように内軌側の連結手段60が伸張することのないように、本実施形態の軸箱支持装置50においては、空気バネ110に供給される内圧により生じる伸張力Fpの値が、
なお、内軌側前輪が受ける外力Finは曲線半径、走行速度、アタック角、横圧、輪重、車輪の左右振動、車輪踏面形状、レール断面形状、車輪およびレールの材質等の各パラメータに依存する。したがって、この空気バネ110による伸張力Fpの最大値は上記各パラメータによって定められる。また、これらの情報から車両が走行するレールの曲線データを予め保持し、自車の走行位置と曲線データを対比して伸張力Fpの最大値を定めるようにしてもよい。
Incidentally, the external force F in the curve inside wheels receive the curve radius, speed, angle of attack, lateral force, wheel load, lateral vibration of the wheels, wheel tread shape, rail cross section, each parameter of the material of the wheel and the rail Dependent. Therefore, the maximum value of the stretch force F p by the
以上のようにして操舵を行う空気バネ制御装置の動作手順について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、空気バネ制御装置は、車両が曲線走行である否か、即ち、車両が走行する軌道が曲線であるか直線であるかを検出する(ステップS1)。この検出方法は上述の通りである。
The operation procedure of the air spring control device that performs steering as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, the air spring control device detects whether or not the vehicle is traveling in a curved line, that is, whether or not the track on which the vehicle travels is a curved line or a straight line (step S1). This detection method is as described above.
そして、直線走行であると判断した場合、空気バネ制御装置は空気バネ110に内圧を供給することはなく、連結手段60は伸張することなく基準長さに維持される。これにより連結手段60の剛性が担保される。そして、制御状態が良好か否か、即ち、内圧が適切に非供給の状態になっているか否かが判断される。(ステップS4)。
When it is determined that the vehicle is traveling in a straight line, the air spring control device does not supply internal pressure to the
一方、曲線方向であると判断した場合、空気バネ110による伸張力Fpの最大値、即ち、
次に、この最大内圧以下の内圧を、曲線通過時の外軌側の前輪31aに対応する空気バネ110に供給して輪軸30の操舵を行う(ステップS3)。
Next, the internal pressure equal to or lower than the maximum internal pressure is supplied to the
続いて、制御状態が良好か否か、即ち、直線走行の場合には非操舵状態となっており曲線走行の場合は適正な操舵状態となっているか否かが判断される。(ステップS4)。
そして、制御状態が安定するまでステップS1〜S4が繰り返されることによって、曲線走行時の横圧の発生が防止されるとともに逆操舵時の極端な横圧の増加が防止される。
Subsequently, it is determined whether or not the control state is good, that is, whether or not the vehicle is in a non-steering state in the case of straight traveling and is in an appropriate steering state in the case of curved traveling. (Step S4).
Then, steps S1 to S4 are repeated until the control state is stabilized, thereby preventing the occurrence of lateral pressure during curve traveling and preventing an extreme increase in lateral pressure during reverse steering.
なお、本実施形態の軸箱支持装置50においては、空気バネ110による伸張力Fpが後輪31c、31d側に比べて前輪31a、31b側において小さくなるように、空気バネ制御手段が空気バネ110に内圧を供給するものであることが好ましい。
Note that in the axle
上述のように車両の曲線走行時には、外軌側の前輪31aにレールから外力Fout与えられる。よって、外軌側の前輪31aにおいては空気バネ110による伸張力Fpが小さくとも上記Foutのサポートを受けることにより容易に伸張することができ、横圧の抑制を図ることができる。
よって、本実施形態の軸箱支持装置50において、前輪31a、31b側の空気バネ110による伸張力Fpを後輪31側に比べて小さくすることで、その分だけ供給する内圧を低減させてエネルギーの効率化を図ることができる。
As described above, when the vehicle is traveling in a curved line, the external force F out is applied from the rail to the
Therefore, the axle
以上、本発明の軸箱支持装置50の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態においては、逆操舵の場合であっても横圧の増加を防止することができる旨説明したが、これに限定されることはなく、例えば、より単純に、通常時から内軌側及び外軌側の空気バネ110に同時に内圧が供給される構成としてもよい。これによって、外軌側においては、レールから受ける外力Foutのサポートを受けて容易に伸張して操舵が行われる一方、内軌側においては、レールから受ける外力Finによって伸長が抑制されて連結手段60は圧縮状態が維持される。これによっても、横圧を極端に大きくすることなく、車両の曲線走行性を向上させることが可能となる。なお、この場合であっても空気バネ110による伸張力Fpの最大値を上記同様制限することが、横圧の極端な増加を防止するための必須の要件となる。
The embodiment of the axle
For example, in the embodiment, it has been described that an increase in lateral pressure can be prevented even in the case of reverse steering, but the present invention is not limited to this. It is good also as a structure by which an internal pressure is simultaneously supplied to the
操舵時及び逆操舵時における連結手段60の伸び及び車輪31に与えられる横圧を測定する試験を行った。
具体的には図3に示すような2つの輪軸30を備えて4つの車輪31(前輪31a、31b、後輪31c、31d)のそれぞれに軸箱支持装置50が搭載された台車1が、R400の左曲線を速度65km/hで走行する場合について、操舵、逆操舵の指令を入力した際の連結手段60の伸び及び横圧を測定した。
A test was conducted to measure the elongation of the connecting
Specifically, a
図6に外軌側前輪31a、内軌側前輪31bを操舵した際の結果を示す。図6において、(a)は操舵時に空気バネに供給される内圧、(b)は連結手段の伸び、(c)は横圧をそれぞれ示しており、各グラフにおいて横軸は経過時間を示している。
まず、図6(a)の左側の山に示すように外軌側前輪31aのみを操舵した場合には、(b)に示すように供給内圧の増加とともに連結手段60の伸びが大きくなり内圧が500kPaの段階で最大となる。また、(c)に示すように供給内圧の増加及び連結手段60の伸びに伴って横圧が小さくなるが、内圧が300kPaの段階で横圧が最小となる。
よって、外軌側前輪31aのみを操舵した場合、比較的小さな内圧を空気バネ110に供給する動作をもって横圧を効果的に低減することが可能なことが分かった。
FIG. 6 shows the results when steering the outer track
First, when only the outer gauge
Therefore, it was found that when only the outer-
次に、図6(a)の中央付近の山に示すように内軌側前輪31bのみを操舵した場合、即ち、逆操舵の場合には、(b)に示すように供給内圧が一定以上、本実施例では500kPaを超えるまでは内軌側の連結手段60が伸びることはない。また、(c)に示すように内圧が500kPaを超えて内軌側連結手段60に伸びが生じる段階まで横圧が増加することはない。したがって、本実施例の場合には、空気バネ110に供給される最大内圧を500kPa以下として制限すれば逆操舵の場合であっても横圧が極端に増加することを防止することができる。なお、上記のように空気バネに供給される内圧が300kPaの場合であっても、適正な操舵の際には十分に横圧を低減することができるため、エネルギーの効率化の観点からは、最大内圧を300kPaとすることが適当である。
Next, when only the inner track
そして、図6(a)の右側の山に示すように外軌側前輪31aと内軌側前輪31bとを同時に操舵した場合について見ると、(b)に示すように外軌側の連結手段60については内圧の増加とともに伸びが大きくなり、内軌側の連結手段60については内圧が500kPaを超えなければ伸びることはない。また、このように外軌側及び内軌側を同時に操舵した場合であっても横圧は低減され、内軌側の連結手段60に伸びが生じるまでは十分な横圧の低減作用を得ることができる。よって、空気バネ110に供給される最大内圧を500kPa以下に制限することによって、外軌側及び内軌側での同時操舵の場合であっても適切に横圧を低減することが可能となることが分かった。また、この場合も、空気バネに供給される内圧が300kPa際に十分に横圧を低減することができるため、エネルギーの効率化の観点からは、最大内圧を300kPaとすることが適当である。
Then, as shown in FIG. 6 (a), the outer gauge
図7に外軌側前輪31a及び外軌側後輪31cを同時に操舵した際の結果を示す。図7においても図6と同様に、(a)は操舵時に空気バネに供給される内圧、(b)は連結手段の伸び、(c)は横圧をそれぞれ示しており、各グラフにおいて横軸は経過時間を示している。
FIG. 7 shows the results when the outer track
曲線走行時には、外軌側の前輪31aにレールから外力Foutが与えられる。よって、外軌側の前輪31a側については空気バネ110に供給される内圧が後輪31c側に比べて小さくしたとしても外力のサポートを受けて十分に伸びることができるものと考えれる。図7はこのような知見に基づいて行われた試験の結果であり、具体的には、図7(a)に示すように外軌側前輪31aと外軌側後輪31cとを同時に操舵する際に、外軌側前輪31aの空気バネ110に供給される内圧が外軌側後輪31cの空気バネ110に供給される内圧に比べて小さくなるように操舵している。
この結果を見ると、図7(b)に示すように外軌側前輪31aの連結手段60と外軌側前輪31bの連結手段60とがともに内圧の増加とともに伸びており、この際の外軌側前輪31a及び内軌側前輪31bの横圧は、図7(c)に示すように大きく低減されている。
よって、外軌側の前輪31aと後輪31cとを同時に操舵することにより極めて高い横圧低減効果を得ることができ、さらにこの効果は外軌側の前輪31aの空気バネ110の内圧を低く設定した場合であっても得ることができることが確認された。これによって、内圧の供給エネルギーの低減を図ることができることがわかった。
During cornering, the external force F out is given from the rail to the
When this result is seen, as shown in FIG.7 (b), both the connection means 60 of the outer gauge
Therefore, it is possible to obtain a very high lateral pressure reduction effect by simultaneously steering the
1 台車
10 台車枠
20 台車空気バネ
30 輪軸
31 車輪
31a 前輪
31b 前輪
31c 後輪
31d 後輪
32 車軸
40 軸箱
50 軸箱支持装置
60 連結手段
70 軸箱側部材
80 台車側部材
86 空気供給孔
100 戻しバネ
110 空気バネ
1 dolly
10
30
60 connecting means
70 Axle
100 Return spring
110 Air spring
Claims (1)
前記連結手段は、
前記軸箱に取り付けられる軸箱側部材と、
前記台車枠に取り付けられ、前記軸箱側部材に対して前記車両の進行方向に相対変位可能に接続された台車側部材と、
前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、これら軸箱側部材と台車側部材とを接近させる圧縮力Fsを発生する戻しバネと、
前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、供給される内圧に応じてこれら軸箱側部材と台車側部材とを離間させる伸張力Fpを発生する空気バネと、
前記車両の曲線走行時に、少なくとも外軌側の前記空気バネに所定の内圧を供給して該空気バネの伸張力Fpを増大する空気バネ制御手段とを備え、
該空気バネ制御手段が、内軌側を走行する前輪がレールから受ける車両進行方向に沿った外力Finに対して、
前記空気バネによる伸張力Fpが後輪側に比べて前輪側において小さくなるように、前記空気バネに前記内圧を供給する、ことを特徴とする軸箱支持装置。 An axle box support device that supports axle boxes provided at both ends of the front and rear wheel axles of a railway vehicle carriage with respect to the carriage frame of the carriage by connecting means extending along the traveling direction of the vehicle. And
The connecting means includes
The axle box side member attached to the axle box,
A carriage side member attached to the carriage frame and connected to the axle box side member so as to be relatively displaceable in a traveling direction of the vehicle;
A return spring that is provided between the axle box side member and the cart side member, and generates a compression force Fs that causes the axle box side member and the cart side member to approach each other;
An air spring that is provided between the axle box side member and the carriage side member and generates an extension force Fp that separates the axle box side member and the carriage side member in accordance with the supplied internal pressure;
An air spring control means for supplying a predetermined internal pressure to at least the air spring on the outer track side to increase the extension force Fp of the air spring when the vehicle is running on a curve;
For the external force Fin along the vehicle traveling direction that the front wheel traveling on the inner rail side receives from the rail, the air spring control means,
The axle box support device , wherein the internal pressure is supplied to the air spring so that the extension force Fp by the air spring is smaller on the front wheel side than on the rear wheel side .
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