JP5845043B2

JP5845043B2 - 車体左右動ストッパ装置

Info

Publication number: JP5845043B2
Application number: JP2011218875A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　貢; 鈴木　　貢; 久代土井; 浩平飯田
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-10-03
Also published as: JP2013078967A

Description

本発明は、鉄道車両の車体左右動を規制する車体左右動ストッパ装置に関し、特に異常時の脱線防止や停止時の車体姿勢保持を可能としたものに関する。

ボギー式の鉄道車両は、複数の台車上に、まくらばねを介して車体を搭載して構成されている。
このような鉄道車両においては、まくらばねの変形による車体の最大左右変位を規制するため、車体と台車との間に左右動ストッパ装置が設けられている。
例えば、特許文献１には、設定値以上に大きな左右動が生じた場合に、粘弾性物質で構成されたストッパ材が当接するように構成した車体左右動ストッパ装置が記載されている。

特開平１１−２７８２６０号公報

上述した車体左右動ストッパ装置は、車体が中立時におけるストッパ間隔（遊間）が予め設定された一定値となっている。ストッパ装置においては、容易にストッパが動作すると車体に衝撃が生じて乗り心地が悪化するため、想定される通常時の車体と台車との相対変位よりもやや大きい程度（一例として２０〜４０ｍｍ程度）に遊間を設定することが一般的である。
しかし、鉄道車両の場合、左右動ストッパ装置における最適な遊間は、状況により異なることが知られている。
例えば、大規模地震時には、軌道からの加振によって車体と台車との相対変位が著大となってストッパが激しく衝突し、場合によっては車体が台車を大きく揺れ動かして脱線に至ることが懸念される。
これまでの知見により、このような場合には、遊間が広いと低周波の地震動では脱線を防止できる場合があることが知られている。

これに対し、例えば運転上の理由や車両故障などの不測の事態により、車両を大きなカント（曲線路外側を内側より高くする傾斜）のついた曲線部に停車させなければならない場合には、車体がストッパの遊間分だけ変位し、さらにまくらばねのたわみなどによって車体が大きく変位し、車両限界を超えて建造物等との干渉が生じることが懸念される。
このような場合には、遊間を小さく設定することが好ましい。

上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車両の状態に関わらず車体左右動の最大許容移動量を適切に保つことが可能な車体左右動ストッパ装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の車体左右動ストッパ装置は、台車枠に対する車体の左右方向への相対移動可能範囲を規制する車体左右動ストッパ装置であって、前記車体と前記台車枠の一方に設けられた固定ストッパ部材と、前記車体と前記台車枠の他方に設けられ前記車体と前記台車枠との左右方向の相対移動量が所定の最大許容移動量に達したときに前記固定ストッパ部材と当接する可動ストッパ部材と、前記可動ストッパ部材を、前記最大許容移動量が変化するように駆動する可動ストッパ部材駆動手段とを備え、前記可動ストッパ部材駆動手段は、供給空気圧を高めることによって前記可動ストッパ部材を所定の駆動方向へ駆動する気圧アクチュエータと、前記供給空気圧を減圧したときに前記可動ストッパ部材を前記駆動方向の反対方向へ駆動するバネ要素とを有することを特徴とする。
これによれば、例えば地震の発生や曲線路での停車といった状況に応じて可動ストッパ部材駆動手段を作動させて遊間を変更し、車両の状態に応じた適切な遊間を設定して地震による脱線や、軌道のカントによる車両限界からの逸脱を防止することができる。

本発明において、前記可動ストッパ部材駆動手段は、前記最大許容移動量を通常運転時に対して増加させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動する構成とすることができる。
また、前記可動ストッパ部材駆動手段は、前記最大許容移動量を通常運転時に対して減少させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動する構成としてもよい。
さらに、前記可動ストッパ部材駆動手段は、前記最大許容移動量を通常運転時に対して増加させる方向及び減少させる方向の双方向に前記可動ストッパ部材を駆動する構成としてもよい。

本発明において、前記可動ストッパ部材駆動手段は、地震又は地震の前兆の検出に応じて、前記最大許容移動量を通常運転時に対して増加させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動する構成とすることができる。
また、本発明において、前記可動ストッパ部材駆動手段は、車両が所定以上のカントを有する軌道上に停車した場合に前記最大許容移動量を通常運転時に対して減少させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動する構成とすることができる。

以上のように、本発明によれば、車両の状態に関わらず車体左右動の最大許容移動量を適切に保つことが可能な車体左右動ストッパ装置を提供することができる。

本発明を適用した車体左右動ストッパ装置の第１実施形態を備えた鉄道車両の構成を示す模式図である。第１実施形態の車体左右動ストッパ装置におけるストッパゴム駆動機構の構成を示す概念図である。本発明を適用した車体左右動ストッパ装置の第２実施形態におけるストッパゴム駆動機構の構成を示す概念図である。本発明を適用した車体左右動ストッパ装置の第３実施形態におけるストッパゴム駆動機構の構成を示す概念図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の第１乃至第３実施形態に係る車体左右動ストッパ装置について説明する。
＜第１実施形態＞
先ず、本発明を適用した車体左右動ストッパ装置の第１実施形態について説明する。
第１実施形態の車体左右動ストッパ装置は、例えば旅客用の電車等の鉄道車両に設けられる。
図１は、第１実施形態の車体左右動ストッパ装置が設けられる車両の構成を示す模式図であって、車両の前後方向から見た状態を示している。

車両１は、車体１０、台車２０、まくらばね３０、車体左右動ストッパ装置１００等を備えて構成されている。
車体１０は、例えば台枠の上部に側構、妻構、屋根構等を設けることによって、ほぼ六面体状に形成されている。

台車２０は、車体１０の下部に設けられる例えば２軸のボギー台車であって、車両の前後に１対が設けられている。
台車２０は、台車枠２１、輪軸２２、軸箱２３、軸ばね２４等を有して構成されている。
台車枠２１は、台車２０を構成する主要な構成部材であって、左右一対の側はりを、横はり、端はりなどで連結することによって、枠状に形成されている。
輪軸２２は、車軸２２ａの両端部に車輪２２ｂを固定して構成されている。

軸箱２３は、輪軸２２の車軸２２ａの両端部に設けられたジャーナル部を、回転可能に支持するものである。
軸箱２３は、軸受及び潤滑装置等を軸箱体の内部に収容して構成されている。
軸箱２３は、図示しない軸箱支持装置を介して、台車枠２１に対して相対移動可能に支持されている。
軸ばね２４は、台車枠２１と軸箱２３との間に設けられ、これらの上下方向相対変位に応じたばね反力を発生するものである。

まくらばね３０は、車体１０の下部と台車枠２１の上部との間に配置された例えば空気ばね等のばね要素を有する。
まくらばね３０は、車体１０と台車枠２１との上下方向相対変位に応じたばね反力を発生する。

車体左右動ストッパ装置１００は、台車枠２１に対する車体１０の左右方向（まくら木方向）の相対移動が所定の最大許容移動量以下となるように規制するものである。
車体左右動ストッパ装置１００は、中心ピン１１０、ストッパゴム１２０、ストッパゴム駆動機構１３０等を有して構成されている。

図１に示すように、中心ピン１１０は、車体１０の下部から下方へ突き出して形成されている。中心ピン１１０は、車体１０に対する台車枠２１の回転中心と実質的に同心に配置されている。
中心ピン１１０は、台車枠２１の中央に形成された開口２１ａに挿入されている。
ストッパゴム１２０は、台車枠２１の開口２１ａの内周縁部から内径側に突き出して配置されている。
ストッパゴム１２０は、中心ピン１１０をまくら木方向に挟んだ両側（左右）にそれぞれ設けられている。

車体１０が中立位置にあるとき（車体１０と台車枠２１の左右中心が一致しているとき）、ストッパゴム１２０の先端部は、中心ピン１１０の外周面と所定の間隔（遊間）を隔てて対向して配置されている。
車体１０は、この遊間の範囲内で台車枠２１に対する左右動を許容されるが、それ以上の左右動は、中心ピン１１０とストッパゴム１２０とが当接することによって規制される。

ストッパゴム駆動機構１３０は、車両の運行状況に応じてストッパゴム１２０を中心ピン１１０に近接又は離間する方向に駆動するものである。
図２は、ストッパゴム駆動機構１３０の構成を模式的に示す概念図である。
ストッパゴム駆動機構１３０は、圧力容器１３１、空気供給管１３２、制御バルブ１３３、ピストン１３４、戻しばね１３５等を有して構成されている。

圧力容器１３１は、空気供給管１３２を介して車両１の図示しない主空気ためから供給された高圧の空気が貯留されるものである。
空気供給管１３２は、主空気ためと圧力容器１３１とを連結し、圧力容器１３１に高圧の空気を供給する管路である。
制御バルブ１３３は、空気供給管１３２の圧力容器１３１に隣接する領域に設けられ、圧力容器１３１内の空気圧を調節する機能を有する。
ピストン１３４は、ストッパゴム１２０に連結され、圧力容器１３１内に高圧空気が充填された際（空気込め時）に、その圧力を受けて、ストッパゴム１２０を遊間が狭まる方向（繰り出される方向）に駆動するものである。
戻しばね１３５は、圧力容器１３１内を実質的に大気圧まで減圧した際（空気開放時）に、ストッパゴム１２０の遊間が広がる方向（引き込まれる方向）にピストン１３４を付勢して引き戻すものである。

以下、第１実施形態の車体左右動ストッパ装置１００の動作について説明する。
車両の通常運転時には、圧力容器１３１内には高圧の空気が充填された空気込め状態となっており、ストッパゴム１２０は繰り出され、遊間は通常運転時に適した設定とされる。
そして、例えば大規模地震の発生あるいはその前兆が検出された場合には、地上の変電所から架線への電力供給が停止される。
架線からの電力供給が停止されると、車両１は自動的に図示しない非常ブレーキ装置を作動させて緊急停車するとともに、主空気ためから各種機器へ供給される空気を大気開放する。
これによって、圧力容器１３１内の空気圧は実質的に大気圧まで減圧され、ストッパゴム１２０及びピストン１３４は、戻しばね１３５の付勢力によって引き戻され、遊間が拡大する。

以上説明したように、第１実施形態によれば、地震又はその前兆に応じて遊間を拡大することによって、その後地震による軌道側からの加振を受けた場合であっても、中心ピン１１０とストッパゴム１２０との衝突が生じにくくなり、これらの衝突によって台車２０が持ち上げられて脱線に至ることを防止できる。
また、既存の鉄道車両において一般的に行なわれている地震発生時の空気開放を利用してストッパゴム１２０を駆動することによって、専用の制御装置等を設ける必要がなく、構造が簡素であり、実車への適用が容易である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した車体左右動ストッパ装置の第２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、従前の実施形態と実質的に同様の箇所については、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２実施形態の車体左右動ストッパ装置の構成を模式的に示す概念図である。
図３に示すように、第２実施形態の車体左右動ストッパ装置１００には、以下説明するストッパゴム駆動機構１３０Ｂが設けられている。
ストッパゴム駆動機構１３０Ｂには、圧力容器１３１への空気込め時に遊間が拡大し、空気開放時に遊間が縮小するように構成されたピストン１３４、戻しばね１３５が設けられている。

第２実施形態においては、車両の通常運行時（空気込め時）に対して、非常時（空気開放時）に遊間を縮小させることができる。
ここで、非常時とは、例えば、車両１がカント傾斜のある軌道に停車した場合などがあげられる。
車両１は、例えばＧＰＳの測位情報や、速度発電機によって検出される速度の積分値に基づいて自車位置を検出する自車位置検出装置を有する。
そして、車両が停車したときの自車位置を予め準備された路線のカント勾配データと照合し、カント勾配が所定値以上である場合には、圧力容器１３１の空気を開放し、遊間を縮小する構成とすることができる。
これによれば、カント勾配が大きい区間での停車中に、車体１０の変位が過大となって車両限界を逸脱し、地上側の建造物等と干渉することを防止できる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した車体左右動ストッパ装置の第３実施形態について説明する。
図４は、第３実施形態の車体左右動ストッパ装置の構成を模式的に示す概念図である。
第３実施形態の車体左右動ストッパ装置１００には、以下説明するストッパゴム駆動機構１３０Ｃが設けられている。
ストッパゴム駆動機構１３０Ｃは、圧力容器１３１（Ａ室）に隣接して、もう一つの圧力容器２３１（Ｂ室）を設けている。
圧力容器２３１は、空気供給管２３２、制御バルブ２３３を介して、主空気ためから高圧空気の供給を受ける。

また、ピストン１３４は、圧力容器１３１内の圧力によってストッパゴム１２０を引き込む方向に駆動する第１の受圧部１３４ａと、圧力容器２３１内の圧力によってストッパゴム１２０を繰り出す方向に駆動する第２の受圧部１３４ｂとを備えている。これらの各受圧部１３４ａ，１３４ｂはともにストッパゴム１２０に連結され連動するようになっている。
さらに、第３実施形態においては、圧力容器１３１内にストッパゴム１２０を繰り出す方向に付勢する戻しばね１３５ａが設けられるとともに、圧力容器２３１内にストッパゴム１２０を引き込む方向に付勢する戻しばね１３５ｂが設けられる。

第３実施形態のストッパゴム駆動機構１３０Ｃにおいては、圧力容器１３１（Ａ室）、圧力容器２３１（Ｂ室）にともに高圧空気を充填（空気込め）した状態が中立状態となっており、このときの遊間は車両１の通常運転時に適したものに設定される。
この中立状態から、圧力容器１３１（Ａ室）の空気を開放すると、ストッパゴム１２０が繰り出されて遊間は縮小する。
また、中立状態から圧力容器２３１（Ｂ室）の空気を開放すると、ストッパゴム１２０が引き込まれて遊間は拡大する。
以上説明した第３実施形態によれば、単一の車体左右動ストッパ装置によって、上述した第１実施形態の効果、第２実施形態の効果をともに得ることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した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、車体左右動ストッパ装置の遊間（最大許容移動量）を変更するために、ストッパ部材を駆動する機構の動力源、構造等は適宜変更することが可能である。
また、遊間を変更する理由も地震やカントを有する区間への停車に限らず、他の理由によって遊間を変更してもよい。
また、各実施形態では、台車側に設けられたストッパ部材を駆動しているが、車体側に設けたストッパ部材を駆動する構成としてもよい。例えば、車体側に台車側部材と当接するストッパ部材を設けて、このストッパ部材を駆動してもよい。

１車両１０車体
２０台車２１台車枠
２１ａ開口２２輪軸
２２ａ車軸２２ｂ車輪
２３軸箱２４軸ばね
３０まくらばね
１００車体左右動ストッパ装置
１１０中心ピン１２０ストッパゴム
１３０，１３０Ｂ，１３０Ｃストッパゴム駆動機構
１３１圧力容器１３２空気供給管
１３３制御バルブ１３４ピストン
１３４ａ受圧部１３４ｂ受圧部
１３５，１３５ａ，１３５ｂ戻しばね
２３１圧力容器２３２空気供給管
２３３制御バルブ

Claims

台車枠に対する車体の左右方向への相対移動可能範囲を規制する車体左右動ストッパ装置であって、
前記車体と前記台車枠の一方に設けられた固定ストッパ部材と、
前記車体と前記台車枠の他方に設けられ前記車体と前記台車枠との左右方向の相対移動量が所定の最大許容移動量に達したときに前記固定ストッパ部材と当接する可動ストッパ部材と、
前記可動ストッパ部材を、前記最大許容移動量が変化するように駆動する可動ストッパ部材駆動手段とを備え、
前記可動ストッパ部材駆動手段は、供給空気圧を高めることによって前記可動ストッパ部材を所定の駆動方向へ駆動する気圧アクチュエータと、前記供給空気圧を減圧したときに前記可動ストッパ部材を前記駆動方向の反対方向へ駆動するバネ要素とを有すること
を特徴とする車体左右動ストッパ装置。
前記可動ストッパ部材駆動手段は、前記最大許容移動量を通常運転時に対して増加させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動すること
を特徴とする請求項１に記載の車体左右動ストッパ装置。
前記可動ストッパ部材駆動手段は、前記最大許容移動量を通常運転時に対して減少させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動すること
を特徴とする請求項１に記載の車体左右動ストッパ装置。
前記可動ストッパ部材駆動手段は、前記最大許容移動量を通常運転時に対して増加させる方向及び減少させる方向の双方向に前記可動ストッパ部材を駆動すること
を特徴とする請求項１に記載の車体左右動ストッパ装置。
前記可動ストッパ部材駆動手段は、地震又は地震の前兆の検出に応じて、前記最大許容移動量を通常運転時に対して増加させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動すること
を特徴とする請求項２又は請求項４に記載の車体左右動ストッパ装置。
前記可動ストッパ部材駆動手段は、車両が所定以上のカントを有する軌道上に停車した場合に前記最大許容移動量を通常運転時に対して減少させる方向に前記可動ストッパ部材を駆動すること
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車体左右動ストッパ装置。