JP6397666B2 - 排障器 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道におけるレール上の障害物を排除するための排障器に関する。

従来から、排障器を有する鉄道車両がある（例えば、特許文献１参照）。排障器は、鉄道車両の台車に設けられ、レール上に石等の障害物がある場合、障害物を排除し、車輪が障害物を踏まないようにするものである。例えば、在来線において、図１１及び図１２に示されるように、排障器１０１として、鉄板１１１を、車両進行方向に平行、かつ、レール２の上方におけるレール中心線Ｃ上に配置したものが用いられている。このような排障器１０１は、鉄板１１１の前端で障害物を撥ね飛ばし、車輪３が障害物を踏まないようにする。

レール上の障害物のほとんどは、レール２に置かれた石、すなわち置石である。置石は、鉄道の安全性を阻害するだけでなく、排障器１０１で撥ね飛ばされた場合、飛距離や飛ぶ方向によって線路外まで飛ぶおそれがあり、軌道外側方向の飛距離が大きいと、沿線における安全上の問題も生じる。

レール頭部からの排障器１０１の離隔距離Ｓは、台車が上下振動しても鉄板１１１がレール２に当たらないように、例えば、７５ｍｍ〜１００ｍｍ程度に設定される。この離隔距離Ｓを短縮すると、より小さい障害物を排障器１０１で排除することができる。しかしながら、小さい障害物は、軽いので、排障器１０１で撥ね飛ばされた場合、飛距離が大きくなる。

なお、先頭の車体下部に設けられる排障装置も排障器と呼ばれることがある（例えば、特許文献２参照）。このため、上述したような台車に設けられる排障器１０１は、先頭の車体下部に設けられる排障器と区別するために、補助排障器とも呼ばれる。

特開平６−２２７３９３号公報 特開平９−３１５２４０号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、排除する障害物の軌道外側方向の飛距離が低減される排障器を提供することを目的とする。

本発明の排障器は、鉄道におけるレール上の障害物を排除するためのものであって、レール上の障害物に当てるための排障部と、前記排障部を台車に支持する支持部とを備え、前記排障部は、レール頭部の上方における軌道中心側に偏倚した位置に設けられ、障害物に当たる打面が、レール中心線より軌道中心側に偏在することを特徴とする。

この排障器において、前記排障部は、障害物に当たる打面が、軌道中心線に対して斜め外側を向いていることが好ましい。

この排障器において、前記排障部は、障害物に当たる打面が、該排障部の前端であり、軌道中心線に対して垂直であってもよい。

この排障器において、前記排障部は、可撓性材料から成ることが好ましい。

本発明の排障器によれば、排障部は、レール頭部の上方における軌道中心側に偏倚した位置に設けられるので、障害物の重心よりも軌道中心側に当たる。このため、障害物に与えられる運動エネルギーは、一部が回転運動エネルギーになり、並進運動エネルギーが小さくなり、軌道外側方向の速度成分も小さくなり、軌道外側方向の飛距離が低減される。

本発明の一実施形態に係る排障器を示す側面図。 同排障器の平面図。 同排障器を示す正面図。 同排障器による障害物の排除を説明する平面図。 同排障器で排除される障害物の速度成分の目標値を例示する図。 同排障器の試験における測定データを示すグラフ（速度１００ｋｍ／ｈ、θ＝１５°）。 同試験における測定データを示すグラフ（速度１００ｋｍ／ｈ、θ＝３０°）。 同試験における測定データを示すグラフ（速度１００ｋｍ／ｈ、θ＝０°）。 同試験における測定データを示すグラフ（速度１３０ｋｍ／ｈ、θ＝０°）。 同試験における測定データを示すグラフ（速度１３０ｋｍ／ｈ、θ＝１５°）。 従来の排障器の側面図。 同排障器の正面図。

本発明の一実施形態に係る排障器を図１乃至図４を参照して説明する。図１に示されるように、排障器１は、鉄道におけるレール２上の障害物を排除するためのものである。排障器１は、排障部１１と、支持部１２とを備える。排障部１１は、レール２上の障害物に当てるためのものである。支持部１２は、排障部１１を台車（図示せず）に支持する。図２及び図３に示されるように、排障部１１は、レール頭部２１の上方における軌道中心側（−Ｙ方向）に偏倚した位置に設けられる。

排障部１１は、障害物に当たる打面１１ａが、レール中心線Ｃより軌道中心側（−Ｙ方向）に偏在する。

排障部１１は、障害物に当たる打面１１ａが、軌道中心線に対して斜め外側を向いている。

排障部１１は、可撓性材料から成る。

排障器１の各構成をさらに詳述する。排障部１１は、本実施形態では、可撓性材料であるゴムを板状に成形した板ゴムである。排障部１１は、可撓性プラスチックを成形したものであってもよい。

支持部１２は、金属製の腕状部材であり、基端部が台車の台車枠に固定され（図示せず）、先端側で排障部１１を保持することにより、排障部１１を台車に支持する。支持部１２の形状及び大きさは、台車の形状等に応じて設定される。

排障部１１は、車輪３が障害物４を踏まないようにするため、先頭の車輪３よりも前方（Ｘ方向）に設けられる（図１参照）。なお、車両の進行方向は、Ｘ方向である。

排障部１１は、支持部１２で台車に支持されることによって、レール２に対して、上下方向（Ｚ方向）及びマクラギ方向（レールの長手方向に直交するＹ方向）の位置が決まる（図３参照）。レール２上の障害物は、レール頭部２１に載った石等であるので、排障部１１は、レール２に対する上下方向（Ｚ方向）において、レール頭部２１の上方に位置する。排障部１１は、マクラギ方向（Ｙ方向）において、軌道中心側（−Ｙ方向）に偏倚して設けられる。鉄道における軌道は、一対のレールを有する。軌道中心とは、両側のレールの中心である。

排障部１１の打面１１ａは、本実施形態では平面である。打面１１ａは、平面視で、レール中心線Ｃに対して斜めであり、成す角度θ（ヨー角）は、例えば１５°である（図２参照）。軌道中心線とレール中心線Ｃとは平行であるので、打面１１ａは、平面視で、軌道中心線に対して斜めになる。軌道中心線とは、両側のレールの中心を結んだ線である。打面１１ａの向きは、軌道中心線に対して斜め外側である。

上記のように構成された排障器１による障害物の排除について、図４を参照して説明する。排障器１の排障部１１は、鉄道車両の走行によって、前方（Ｘ方向）に移動する。排障部１１は、レール上の障害物４に当たる。障害物４は、排障部１１から運動エネルギーが与えられる。排障部１１は、レール頭部の上方における軌道中心側に偏倚した位置に設けられるので、障害物４の重心よりも軌道中心側（−Ｙ方向）に当たる。このため、障害物４に与えられる運動エネルギーは、並進運動エネルギーと回転運動エネルギーとの和になり、障害物４の並進運動は、前方向速度成分Ｖｘと、軌道外側方向の速度成分Ｖｙとを有する。障害物４は、前方の軌道外側に飛ばされ、レール上から排除される。排除される障害物４は、与えられる運動エネルギーの一部が回転運動エネルギーになり、並進運動エネルギーが小さくなり、軌道外側方向（＋Ｙ方向）の速度成分Ｖｙも小さくなり、軌道外側方向の飛距離が低減される。

なお、レール上の障害物４は、大きさ、形状、及びレール上の姿勢が様々であるので、障害物４における排障部１１が当たる部分と重心との位置関係には、ばらつきが生じる。このため、上述した力学的な作用は、統計的に成り立つことになる。

排障部１１は、打面１１ａがレール中心線Ｃより軌道中心側に偏在するので、障害物４の重心よりも軌道中心側に当たり、障害物４は、回転しながら前方の軌道外側に飛ばされ、レール上から排除される。障害物４は、与えられる運動エネルギーの一部が回転運動エネルギーになり、並進運動エネルギーが小さくなり、軌道外側方向（＋Ｙ方向）の速度成分Ｖｙも小さくなり、軌道外側方向の飛距離が低減される。

排障部１１は、打面１１ａが軌道中心線に対して斜め外側を向いているので、障害物４に対してかすめるように当たり、障害物４は、回転しながら前方の軌道外側に飛ばされ、レール上から排除される。障害物４は、与えられる運動エネルギーの一部が回転運動エネルギーになり、並進運動エネルギーが小さくなり、軌道外側方向（＋Ｙ方向）の速度成分Ｖｙも小さくなり、軌道外側方向の飛距離が低減される。

排障部１１は、可撓性材料から成るので、もしレール２に当たっても、弾性変形し、台車の走行安全性に影響を与えない（図３参照）。このため、レール頭部２１からの排障部１１の離隔距離Ｓを小さくすることができ、より小さい障害物４を排障器で排除することができる。本実施形態では、離隔距離Ｓは、例えば、３０ｍｍであり、台車の上下変位を考慮して、通常は排障部１１がレール頭部２１に当たらない距離である。このような離隔距離Ｓの設定により、１００ｇ〜１５０ｇ程度の質量を有する石が排障器１によって排除される。１００ｇ程度の石は、飛びやすい。排障部１１は、軌道中心側に偏倚した位置に設けられるので、小さい障害物４が排除されるときの軌道外側方向の飛距離の増大が抑制される。

本発明の排障器１について、障害物を排除する試験を行った。この試験は、雪害防止実験所（公益財団法人鉄道総合技術研究所塩沢雪害防止実験所）で行い、スノープラウの排雪力を測定するための試験装置を、排障器１による障害物の排除試験に利用した。排障器１を試験装置で直線運動させ、排障部１１を所定の速度で障害物に当てた。排障器１の速度は、１００ｋｍ／ｈ及び１３０ｋｍ／ｈとした。レール頭部からの排障部１１の離隔距離は、３０ｍｍとした。障害物は、質量１００ｇのバラストとした。排障部１１は、平らな板ゴム１枚とした。ゴムには、硬度Ｈｓ９０のクロロプレンゴム（ＣＲ９０）を用いた。排障部１１の板ゴムの厚さｔ、及びレール中心線Ｃに対する角度θを変えて試験した（図２参照）。板ゴムの厚さｔは、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍとした。角度θは、０°、１５°、３０°、４５°とした。なお、板ゴムのレール中心線Ｃに対する角度θが１５°、３０°、４５°の場合、軌道中心線に対して斜め外側を向いている打面１１ａが障害物に当たる（図４参照）。板ゴムのレール中心線Ｃに対する角度θが０°の場合、排障部１１の前端が障害物に当たるので、打面は軌道中心線に対して垂直になる。

排障部１１の板ゴムの硬度、厚さｔ、及び角度θは、排障器１で排除される障害物４の前方向速度成分Ｖｘ及び軌道外側方向の速度成分Ｖｙが適切な範囲となるように設定することが望ましい。前方向速度成分Ｖｘが大き過ぎると、障害物４が勢いよく前方に飛び、マクラギに当たって跳ね上がり、車両に当たることがある。前方向速度成分Ｖｘ及び軌道外側方向の速度成分Ｖｙが小さ過ぎると、車輪が障害物４に追い付いて障害物４を踏む。軌道外側方向の速度成分Ｖｙが大き過ぎると、軌道外側方向の障害物４の飛距離が大きくなり、障害物４が軌道外に出ることがある。障害物４の前方向速度成分Ｖｘ及び軌道外側方向の速度成分Ｖｙの目標値を、排障器１の速度（列車速度と同じ）が１００ｋｍ／ｈの場合を例に、図５を参照して説明する。矢印Ａ１で示される領域は、障害物がマクラギに当たって跳ね上がらないための目標値である。矢印Ａ２で示される領域は、車輪が障害物を踏まないための目標値である。矢印Ａ３で示される領域は、障害物が軌道外に出ないための目標値である。これら全ての目標値を同時に完全に満たすことは難しいので、測定データがこれらの目標値に近いかどうかを総合的に評価した。なお、本試験では、前方向速度成分Ｖｘ及び軌道外側方向の速度成分Ｖｙの初速をカメラ撮影により測定した。

測定データの代表例として、排障器１の速度が１００ｋｍ／ｈ、排障部１１の板ゴムのレール中心線Ｃに対する角度θが１５°の場合の前方向速度成分Ｖｘ及び軌道外側方向の速度成分Ｖｙの測定データを図６に示す。板ゴムの厚さｔが１５ｍｍのとき、速度成分Ｖｘ及びＶｙが目標値に近かった。板ゴムの厚さｔが２０ｍｍのとき、軌道外側方向の速度成分Ｖｙが大きかった。

図７に示されるように、排障器１の速度が１００ｋｍ／ｈ、角度θが３０°の場合も、板ゴムの厚さｔが１５ｍｍのとき、速度成分Ｖｘ及びＶｙが目標値に近かった。板ゴムの厚さｔが２０ｍｍの場合、軌道外側方向の速度成分Ｖｙが大きかった。角度θが４５°の場合も同様の傾向であった（図示せず）。板ゴムの厚さｔが２０ｍｍの場合、１５ｍｍの場合と比べて排障部１１の剛性が高くなり、障害物に与えられる並進運動の運動エネルギーが大きくなると考えられる。

図８に示されるように、排障器１の速度が１００ｋｍ／ｈ、角度θが０°の場合、角度θが０°でない場合と比べて、前方向速度成分Ｖｘが大きかった。板ゴムの前端で障害物を前方に飛ばしたためと考えられる。

図９に示されるように、排障器１の速度が１３０ｋｍ／ｈ、角度θが０°の場合、軌道外側方向の速度成分Ｖｙのばらつきが大きかった。板ゴムの前端が障害物と当たる時の板ゴムの変形によって、測定データがばらついたと考えられる。

図１０に示されるように、排障器１の速度が１３０ｋｍ／ｈ、角度θが１５°の場合、角度θが０°の場合と比べて、軌道外側方向の速度成分Ｖｙのばらつきが小さかった。板ゴムが障害物４に対してかすめるように当たるので、板ゴムの打面１１ａが障害物と当たる時の板ゴムの変形が少ないためと考えられる。

この試験の結果、排障部１１の板ゴムの硬度がＨｓ９０の場合、厚さｔは１５ｍｍ程度、板ゴムのレール中心線Ｃに対する角度θは１５°〜４５°程度が好ましいことがわかった。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、排障部１１の硬度、厚さ、レール中心線Ｃに対する角度θは、上記の試験で得られた値に限定されず、排障器１の使用速度（列車速度）、障害物の速度の目標値等に応じて、適宜に設定すればよい。また、排障部１１の打面１１ａは、曲面であってもよい。

１ 排障器
１１ 排障部
１１ａ 打面
１２ 支持部
２ レール
２１ レール頭部
Ｃ レール中心線

Claims (4)

1. 鉄道におけるレール上の障害物を排除するための排障器であって、
   レール上の障害物に当てるための排障部と、前記排障部を台車に支持する支持部とを備え、
   前記排障部は、レール頭部の上方における軌道中心側に偏倚した位置に設けられ、障害物に当たる打面が、レール中心線より軌道中心側に偏在することを特徴とする排障器。
2. 前記排障部は、障害物に当たる打面が、軌道中心線に対して斜め外側を向いていることを特徴とする請求項１に記載の排障器。
3. 前記排障部は、障害物に当たる打面が、該排障部の前端であり、軌道中心線に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の排障器。
4. 前記排障部は、可撓性材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の排障器。

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