JP5771107B2 - 軸箱支持装置 - Google Patents
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Description
軸箱支持装置は、軸箱を所定の上下、左右、前後方向の支持剛性で支持するよう構成されている。
近年、このような軸箱支持装置として、軸はり式のものが普及している。
例えば、特許文献1には、このような軸はり式の軸箱支持装置の一例が記載されている。
軸はり式の軸箱支持装置においては、軸箱は軸はりゴムのピンを中心として回動することで上下に動くことができ、また、前後左右方向の支持剛性は主に軸はりゴムの特性に依存する。
軸はり式の軸箱支持装置は、例えばウイングばね式など他の方式の軸箱支持装置に対して、部品点数が少なく軽量であり、かつ組立時の位置決めが容易で摺動箇所もなくメインテナンスが容易であることから、広く使用されるようになっている。
しかし、台車枠と輪軸が上下方向に相対変位することによって、軸はりの支持部に設けられた軸はりゴムがピッチ方向にねじられ、これが上下支持剛性に影響を与えている。
つまり、実際には設計時の想定に対して、これまでの経験からは1.5〜2倍程度に上下支持剛性が大きくなっていたと考えられる。
軸箱の上下支持剛性が設計時の想定に対して過度に大きいと、軌道の平面変化への追従性が低下し、不要な輪重変動を生じる場合がある。
本発明は上述した問題に鑑みなされたものであって、軸はり支持部に設けられた弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を低減した軸箱支持装置を提供することを課題とする。
これによれば、回動許容機構の機能によって、軸箱の上下動に伴う弾性体のねじりが軽減されるため、弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を低減することができる。
また、軸はりが回動(揺動)する際のフリクションを低減し、軌道への追従性をより向上させることができる。
この場合、前記弾性体は、中央部に前記台車枠に固定される軸部が挿入され、前記回動許容機構は、前記弾性体の外径側に取り付けられる内輪と、前記軸はりに取り付けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に組み込まれた転動体とを有する構成とすることができる。
これによれば、既存の台車枠を実質的に変更することなく本発明を適用することができ、施工が容易となる。
また、本発明の他の軸箱支持装置は、輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、
軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、
前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、
前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、
前記回動許容機構は、前記軸はりの前記弾性体側の端部に設けられた自在継手を有することを特徴とする。
これによっても、軸はりが回動(揺動)する際のフリクションを低減し、軌道への追従性をより向上させることができる。
これによれば、弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を実質的に排除することができる。
まず、第1乃至第2実施形態に先立ち、本発明の比較例である従来技術に係る軸箱支持装置について説明する。
図1は、比較例の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
比較例の台車1は、鉄道車両の車体下部に設けられる2軸のボギー台車である。
台車1は、台車枠10、輪軸20、軸箱30、軸はり40、軸ばね50、軸はりゴム60等を有して構成されている。
また、台車枠10の前後端部には、軸ばね50の上端部を保持するとともに、軸ばね50を実質的に収容する上軸ばね座11が形成されている。
上軸ばね座11は、下方が開口し上方が閉塞された筒状に形成され、軸ばね50の上部はその内側へ挿入して配置されている。
なお、上軸ばね座11は、理解を容易にするために、図1において断面を示している(図3、4、5において同じ)。
また、台車枠10の側ばりの下部には、軸はり40に設けられた軸はりゴム60を支持する軸はりゴム受12が、例えば下方等に突き出して形成されている。
軸箱30は、軸受及び潤滑装置等を軸箱体に収容して構成されている。
また、軸箱30の上部には、軸ばね50の下部を保持する下軸ばね座31が形成されている。
軸はり40における軸箱30側と反対側の端部41は、軸はりゴム60を介して台車枠10の軸はりゴム受12に支持されている。
この端部41には、軸はりゴム60が挿入され固定される開口42が形成されている。
開口42は、枕木方向にほぼ沿った中心軸方向を有する円形の貫通穴として形成されている。
軸ばね50は、例えば、上下方向にほぼ沿った中心軸を有する圧縮コイルばねである。
軸ばね50の上端部は、台車枠10の上軸ばね座11に保持されている。
軸ばね50の下端部は、軸箱30の下軸ばね座31に保持されている。
軸はりゴム60は、実質的に円筒状に形成され、その中心部には金属製のピン61が中心軸方向に沿って挿入されている。ピン61の両端部は、軸はりゴム60の両端面から突出して形成されている。また、ピン61は、軸はりゴム60の本体部と加硫接着によって接合されている。
軸はりゴム60は、その外周面を軸はり40の端部41に形成された開口42に挿入され固定されるとともに、ピン61が台車枠10の軸はりゴム受12に締結されて固定されている。軸はりゴム60の外周面部には、例えば本体部を構成するゴム部と加硫接着によって接合された金属製の図示しない円筒部が設けられ、軸はりゴム60は、この円筒部を開口42に圧入することによって軸はり40に固定されている。
図2は、図1の軸箱支持装置をモデル化して図示した模式図である。
図2に示す各記号の意味は、以下の通りである。
K1:コイルばね(軸ばね50)上下剛性
kφ:軸はりゴム60ねじり剛性
z:台車枠と軸箱との相対上下変位
θ:台車枠と軸箱との相対ピッチ角
l:軸はり長さ
このとき、軸箱30の上下動時に蓄積されるポテンシャルエネルギUは、以下の式1によって表わされる。
U=1/2k1z2+1/2kφθ2 ・・・(式1)
U=1/2k1z2+1/2kφ(z/l)2
=1/2z2(k1+kφ/l2) ・・・(式2)
すなわち、等価的な上下支持剛性K1は、式3によって表わされる。
K1=k1+kφ/l2 ・・・(式3)
このように、軸はりゴム60のねじり剛性kφが軸箱の上下支持剛性に影響することによって、実際の上下支持剛性は、コイルばねの上下剛性の例えば約1.5倍から2倍程度になることもある。
軸箱支持剛性が設計時の想定に対して過度に大きいと、軌道の平面変化への追従性が低下し、不要な輪重変動を生じることが懸念される。
以下、本発明を適用した軸箱支持装置の第1実施形態について説明する。
なお、以下説明する各実施形態において、上述した比較例あるいは従前の実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図3は、第1実施形態の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
ベアリング70は、例えば深溝玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受等の転がり軸受であって、外輪、内輪、及び、これらの間に組み込まれる鋼球又はころ等の転動体を有して構成されている。
ベアリング70の外輪は、軸はり40の端部41の開口42に例えば圧入等によって固定されている。
また、軸はりゴム60は、ベアリング70の内輪に挿入され固定されている。
このため、軸箱30の上下支持剛性が軸はりゴム60のねじり剛性の影響を受けることが実質的になくなり、柔支持化されることによって、軌道の平面変化への追従性が向上し、輪重変動が抑制されて脱線に対する安全性を向上することができる。
また、前後方向及び枕木方向には、比較例に示す従来技術と同様に、軸はりゴム60の弾性を利用して軸箱30を弾性的に支持することができる。
また、第1実施形態の軸箱支持装置は、軽微な設計変更によって、例えば比較例の構成を有する既存の台車にも容易に適用することが可能である。
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第2実施形態について説明する。
図4は、第2実施形態の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
第2実施形態の軸箱支持装置においては、軸はり40を、台車枠10側の端部41の近傍において、軸箱30側の部分である第1部材40a、端部41側の部分である第2部材40bの2分割としている。なお、第1部材40aは、実質的に軸はり40の本体部として機能する。
そして、第1部材40aと第2部材40bの間を、自在継手であるユニバーサルジョイント80によって連結している。
このユニバーサルジョイント80によって、第1部材40aは、第2部材40bに対して、軸箱30が上下する方向に回動可能となっている。
以上説明した第2実施形態においても、上述した第1実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第1参考例について説明する。
図5は、第1参考例の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
第1参考例の軸箱支持装置においては、第2実施形態のユニバーサルジョイント80に代えて、以下説明するガイド機構90を備えている。
ガイド機構90は、レール91及び被ガイド部92等を有する。
レール91は、軸はり40の第2部材40bの第1部材40a側の端部付近の側面に設けられ、被ガイド部92を案内する。
レール91は、軸はりゴム60の中心軸と実質的に同心の円弧状に配置されている。
被ガイド部92は、レール91の表面を転動する図示しないローラ等を備え、レール91に沿って、円弧状に案内される。
被ガイド部92は、軸はり40の第1部材40aの第2部材40b側の端部に設けられている。
以上説明した第1参考例においても、上述した第1、第2実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第2参考例について説明する。
第2参考例の軸箱支持装置においては、比較例の軸ばりゴム60の外周面に例えばフッ素樹脂等の固形潤滑性を有する物質をコーティングし、軸ばり40との間にすべり軸受けを構成した。
以上説明した第2参考例においても、上述した第1、第2実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば以下のようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)台車及び軸箱支持装置を構成する各部材の構造、形状、配置等は、上述した各実施形態のものに限らず、適宜変更することができる。
例えば、軸ばねはコイルばねに限らず空気ばね等の他種のばねであってもよく、さらに、軸ダンパ等の他の機械要素を併設する構成としてもよい。
また、台車枠や軸はりの形状等も特に限定されない。
(2)第1実施形態では、軸はりゴムよりも軸箱側にベアリングを設けているが、本発明はこれに限らず、軸はりゴムの台車枠側にベアリングを設けてもよい。
例えば、軸はりゴムの内径側にベアリングを配置したり、軸はりゴムのピンをベアリングによって支持する構成としてもよい。
11 上軸ばね座 12 軸はりゴム受
20 輪軸 30 軸箱
31 下軸ばね座
40 軸はり 40a 第1部材
40b 第2部材 41 端部
42 開口 50 軸ばね
60 軸はりゴム 61 ピン
70 ベアリング 80 ユニバーサルジョイント
90 ガイド機構 91 レール
92 被ガイド部
Claims (4)
- 輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、
軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、
前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、
前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、
前記弾性体は、実質的に枕木方向にほぼ沿った中心軸を有する円筒状に形成され、
前記回動許容機構は、前記弾性体と実質的に同心に配置された転がり軸受を有すること
を特徴とする軸箱支持装置。 - 前記弾性体は、中央部に前記台車枠に固定される軸部が挿入され、
前記回動許容機構は、前記弾性体の外径側に取り付けられる内輪と、前記軸はりに取り付けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に組み込まれた転動体とを有すること
を特徴とする請求項1に記載の軸箱支持装置。 - 輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、
軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、
前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、
前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、
前記回動許容機構は、前記軸はりの前記弾性体側の端部に設けられた自在継手を有すること
を特徴とする軸箱支持装置。 - 前記回動許容機構は、前記弾性体を実質的に変形させることなく前記軸はりの回動を許容すること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の軸箱支持装置。
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