JP5730803B2 - 鉄道車両用空力ブレーキ装置、及び鉄道車両 - Google Patents
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Description
よって、ポップアップ方式やロータリ方式のようなスライド支持機構も不要で、且つ従来のヒンジ式の空力ブレーキ装置のように大出力のアクチュエータや緩衝装置を必要としない、駆動機構の小さな空力ブレーキ装置を実現できる。駆動機構が小さい分、収容空間が小さくなり、鉄道車両に搭載しても従来の空力ブレーキ装置よりも客室を圧迫しないで済む。
本実施形態の鉄道車両100では、屋根部に凹設された上面視矩形の収容空間102に空力ブレーキ装置2を設置する。その際、左右2機の空力ブレーキ装置2を、第1空力ブレーキ板10或いは第2空力ブレーキ板30が隣り合うように車両幅方向に並べて配置する。図1と図2の例で言うと、左右2機の空力ブレーキ装置2R,2Lは、それぞれの第2空力ブレーキ板30が隣り合う(中央寄りになる)ように並べて配置されている。そして、左右2機を1セットとして、車両長手方向に所定間隔置きに複数セット設置する。換言すると、車両長手方向に2列に空力ブレーキ装置2を設置する。尚、空力ブレーキ装置2が未作動の状態では、空力ブレーキ装置2の上面は、鉄道車両100の車体上面とフラットとなる。左右1セット当りの空力ブレーキ装置2の数(列数に相当)や相対位置関係、鉄道車両100の屋根部における配置セット数などは適宜変更可能である。
図3は、空力ブレーキ装置2の構成例を示す上面図である。図4〜図6は、それぞれ図3におけるA−A断面、B−B断面、C−C断面における縦断面図である。尚、図4〜図6では理解を容易にするために一部構成要素を図示省略している。
次に、第1捻りコイルバネ20及び第2捻りコイルバネ40のバネトルクの設定と、空力ブレーキ装置2の動作について説明する。
すると、第1空力ブレーキ板10は、第1捻りコイルバネ20のバネ力によるバネトルクで第1揺動軸14で先端(走行風上流側)が上がるように揺動し、第2空力ブレーキ板30は、第2捻りコイルバネ40のバネ力によるバネトルクで第2揺動軸34で先端(走行風下流側)が上がるように揺動する。第1揺動軸14と第2揺動軸34は、第1バランスギア19と第2バランスギア39とで噛み合っているので、両揺動軸の揺動方向は相互にブレーキ板を起立させる方向で合致するため互いに障害となることはない。
逆説的に述べるならば、第1捻りコイルバネ20と第2捻りコイルバネ40の諸元は、空力ブレーキ装置2の搭載が想定される車両の想定運行速度域において、助勢トルクT1が、抗勢トルクT2と2つの復元トルクT3の合成トルクに打ち勝つ大きさとなるまで第1空力ブレーキ板10を部分起立させることができるように設定されている。
例えば図9は、捻りコイルバネ20及び捻りコイルバネ40の諸元設定のための実験結果の一例を示す図である。横軸が、空力ブレーキ装置2の設置が想定されている鉄道車両100の車両速度であり、縦軸が第1捻りコイルバネ20と第2捻りコイルバネ40とを合わせた合成バネトルクである。速度及び合成トルクを変化させて実験を行った結果、第1空力ブレーキ板10及び第2空力ブレーキ板30が全起立できた設定すなわちブレーキ板が開運動できた設定を○印、開運動できなかった設定を×印でプロットしている。
図10は、横軸をブレーキ板の起立角度、縦軸をブレーキ板に作用する空気抵抗による抗力として、第1空力ブレーキ板10の抗力D1と、第2空力ブレーキ板30の抗力D2と、それらの合成した全抵抗D3を示している。この全抵抗D3が制動力として作用し得る力となる。
4…主外装
8…ベアリングユニット
9…ストッパー
10…第1空力ブレーキ板
11…ブレーキ板本体
12…軸支持腕
14…第1揺動軸
18…補助外装板
19…第1バランスギア
20…第1捻りコイルバネ
22…バネ腕係止ピン
24…バネ腕固定台
30…第2空力ブレーキ板
31…ブレーキ板本体
32…軸支持腕
34…第2揺動軸
36…スプリングヒンジ
39…第2バランスギア
40…第2捻りコイルバネ
42…バネ腕係止ピン
44…バネ腕固定台
50…電磁クラッチ
60…減速ギア群
70…電動機
100…鉄道車両
102…収容空間
D1…第1空力ブレーキ板に生じる抗力
D2…第2空力ブレーキ板に生じる抗力
D3…全抵抗、
T1…助勢トルク
T2…抗勢トルク
T3…復元トルク
W1,W2…走行風
Claims (6)
- 後端側に設けられた揺動軸で回転することで先端側が起立するように回転する第1及び第2の空力ブレーキ板を、当該起立回転方向が走行風に対して一方が助勢方向、他方が抗勢方向となるように車両幅方向に並べて配置するとともに、双方の空力ブレーキ板が連動して起立回転するように前記揺動軸を連係する連係手段を備えた鉄道車両用空力ブレーキ装置。
- 前記連係手段は、前記第1及び第2の空力ブレーキ板それぞれの揺動軸の隣接する軸端部に設けられた回転機構を有し、双方の揺動軸の回転モーメントをバランスさせるよう構成されてなる、
請求項1に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。 - 前記第1及び第2の空力ブレーキ板は、格納時の平面視外形寸法が小さくなる方向に互いの揺動軸が車両前後方向にオフセットして配置されてなる、
請求項1又は2に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。 - 前記第1及び第2の空力ブレーキ板の所定位置を超える起立回転方向への回転を制限し、当該所定位置に起立させる回転制限手段、
を更に備えた請求項1〜3の何れか一項に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。 - 前記走行風による起立トルクが、自重により前記空力ブレーキ板が格納姿勢に復元しようとする復元トルクを上回る姿勢まで、前記第1及び第2の空力ブレーキ板を部分起立させるよう付勢する付勢手段、
を更に備えた請求項1〜4の何れか一項に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。 - 請求項3に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置が車両幅方向に並んで配置されているとともに、当該鉄道車両用空力ブレーキ装置の作動による当該車両のヨーイングを抑制するために、前記第1及び第2の空力ブレーキ板の車両幅方向の並びが異なる鉄道車両用空力ブレーキ装置が混在配置されていることを特徴とする鉄道車両。
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