JP6510215B2

JP6510215B2 - 鉄道車両

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Publication number: JP6510215B2
Application number: JP2014228682A
Authority: JP
Inventors: 康司松岡; 慶知渡邉
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: JP2016088455A

Description

本発明は鉄道車両に関し、特に衝突時の車体の損傷を低減できる鉄道車両に関するものである。

鉄道車両同士の衝突事故において、自車両に脱線車両が衝突する場合、脱線車両がレールの高さ分だけ落ち込むことで、自車両と脱線車両とに高低差ができる。この高低差によって、水平方向の強度が低い側構体と台枠との接合部（脱線車両）に、水平方向の強度が高い台枠（自車両）が衝突すると、脱線車両の側構体と台枠との接合部が車両長手方向に沿って破断されることがある。このような車体の損傷を低減させるために、台枠の側梁と端梁との結合部近傍を上下方向に延ばす補強部を設けて自車両と脱線車両との台枠同士を衝突させる技術がある（特許文献１）。

特許第４０１７３２５号公報

しかしながら、自車両の側面に脱線車両が衝突する側面衝突の場合に、脱線車両の台枠と自車両の側梁の下端部とが衝突すると、自車両の側梁の下端部が変形または破壊されるおそれがある。自車両の側梁の下端部が変形または破壊されると、脱線車両の側構体と台枠との接合部に自車両の台枠（側梁の上端側）が食い込むように接触（自車両の側梁に脱線車両の台枠が潜り込むように衝突）して、脱線車両の側構体と台枠との接合部が破断されるおそれがある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、側面衝突時の脱線車両の損傷を低減できる鉄道車両を提供することを目的とする。

この目的を達成するために請求項１記載の鉄道車両は、車両長手方向に延びる一対の側梁およびその一対の側梁間に配置されて車両幅方向に延びる複数の枕梁を有する台枠と、前記枕梁の上面に設けられると共に前記一対の側梁の上端側に支持される床板部材と、その床板部材の下面と前記側梁の下端部とを連結する筋交状の補強部材とを備え、前記補強部材は、車端部から車両長手方向に延びて、その車端部に最も近い前記枕梁よりも車端部側にのみ設けられる。

請求項２記載の鉄道車両は、請求項１記載のものにおいて、前記側梁は、アルミニウム合金から構成される。

請求項３記載の鉄道車両は、請求項１又は２に記載のものにおいて、前記補強部材は、車両長手方向から見た場合の前記側梁に対する角度が１５°以上、且つ、４５°以下である。

請求項１記載の鉄道車両によれば、台枠は、車両長手方向に延びる一対の側梁を備え、車両幅方向に延びる複数の枕梁が一対の側梁間に配置される。枕梁の上面に設けられる床板部材が一対の側梁の上端側に支持され、床板部材の下面と側梁の下端部とが、筋交状の補強部材により連結される。自車両の側面に脱線車両が衝突して自車両の側梁の下端部に脱線車両の台枠が衝突すると、側梁の下端部に側方からの荷重が加わる。補強部材を介して側梁と連結される床板部材に荷重が伝わり、その荷重に対する床板部材の反力が生じる。この反力により、側方からの荷重によって自車両の側梁が変形または破壊されることを抑制できる。自車両の側梁が変形または破壊された場合、自車両の側梁に脱線車両の台枠が潜り込むように衝突して、脱線車両を損傷させることがある。従って、自車両の側梁が変形または破壊されることを抑制することで、脱線車両の潜り込みを防ぎ、側面衝突時の脱線車両の損傷を低減できる効果がある。
また、鉄道車両同士の衝突では、車端部が互いに衝突する場合が多い。そのため、車端部から車両長手方向に延びる補強部材を、その車端部に最も近い枕梁よりも車端部側にのみ設けることで、車体を軽量化できると共に、側面衝突時の脱線車両の損傷をより低減できる効果がある。

請求項２記載の鉄道車両によれば、側梁は、アルミニウム合金から構成されるので、ステンレス鋼製や普通鋼製の側梁に比べて、軽量かつ低強度である。一般的にアルミニウム合金製の側梁の場合には側梁の強度を確保するため、ステンレス鋼製や普通鋼製の側梁に比べて、側梁の高さを大きく設定している。しかし、強度の低い側梁の高さを大きくしているので、ステンレス鋼製や普通鋼製の側梁に比べて、側方からの荷重に対する側梁の下端部の剛性が低くなる。このようなアルミニウム合金製の台枠においても、補強部材を設けることで、側方からの荷重により側梁が変形または破壊されることを抑制できる。よって、請求項１の効果に加え、車体を軽量化できると共に、側面衝突時の脱線車両の損傷を低減できる効果がある。

請求項３記載の鉄道車両によれば、補強部材は、車両長手方向から見た場合の側梁に対する角度が１５°以上、且つ、４５°以下である。側面に脱線車両が衝突した場合に、補強部材を介して床板部材に加わる力は、側梁に側方から加わった荷重における補強部材の面内方向成分である。補強部材と側梁とのなす角度が大きいほど、補強部材の面内方向成分の力が大きくなり、床板部材に加わる力および床板部材からの反力が大きくなる。補強部材と側梁とのなす角度は１５°以上であるので、側梁に側方からの荷重が加わった場合に、床板部材からの反力を十分に得ることができる。これにより、側方からの荷重に対して側梁が変形または破壊されることを十分に抑制できる。従って、補強部材と側梁とのなす角度を１５°以上とすることで、側面衝突時の脱線車両の損傷を低減できる効果がある。

また、床板部材に加わる力が大きくなることで、床板部材が変形または破壊されるおそれがある。そこで、補強部材と側梁とのなす角度を４５°以下とすることで、床板部材が変形または破壊されることを抑制できる。よって、車両長手方向から見た場合の補強部材と側梁とのなす角度を１５°以上、且つ、４５°以下とすることで、請求項１又は２の効果に加え、側面衝突時の脱線車両の損傷を低減できると共に、床板部材が変形または破壊されることを抑制できる効果がある。

本発明の第１実施の形態における鉄道車両の斜視図である。鉄道車両の底面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における鉄道車両の断面図である。鉄道車両同士に高低差が生じて互いに衝突した部分の断面図である。第２実施の形態における鉄道車両の底面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線における鉄道車両の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、鉄道車両１の全体の構成について説明する。図１は本発明の第１実施の形態における鉄道車両１の斜視図である。なお、図１では、妻構体、台車および端梁６を省略して図示している。

図１に示すように、鉄道車両１は、台枠２と、その台枠２の幅方向両側に設置される側構体３と、その側構体３の上部に設置される屋根構体４と、台枠２の長手方向端部に設置される妻構体（図示せず）とを備え、アルミニウム合金製のダブルスキン構造の押出形材により構成されている。側梁５及び枕梁８は台枠２の一部であり、台枠２に取り付けられるパネルである床板部材７には床下機器（図示せず）が取り付けられる。補強部材９は車体の内側に向かって側梁５が倒れ込まないようにする板状の部材である。

次に図２及び図３を参照して、鉄道車両１の台枠２と床板部材７と補強部材９とについて説明する。図２は鉄道車両１の底面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における鉄道車両１の断面図である。なお、図２では、車両長手方向の両端側は同一の構造であり、枕梁８から車体の中央に向かって略同一の構造が続くので、車両長手方向の一方の端部を図示して、車両長手方向の他方の端部および車体の中央を省略している。さらに、図を簡略にするため、図２では車両幅方向の中央部分に設けられる中梁の図示を省略している。また、図３では紙面奥側に配置される枕梁８を省略して図示している。

図２及び図３に示すように、台枠２は、車両長手方向に延びると共に車両幅方向の両側に配置される一対の側梁５と、車両幅方向に延びると共に車端部に配置される端梁６と、車両幅方向に延びると共に一対の側梁５間に配置される枕梁８とを備えている。枕梁８の上面には、一対の側梁５の上端側に支持される床板部材７が設けられ、床板部材７の下面と側梁５の下端部とが補強部材９により連結される。なお、車両幅方向の端部側において、一般的には（通常の設計図面では）押出形材から車体の床側を構成する２つの部材の結合位置Ａよりも車体の内側部分を床板部材とし、外側部分を側梁とするが、本実施の形態では各部材の機能に着目して、側梁５と補強部材９との結合位置Ｂよりも車体の内側部分を床板部材７とし、外側部分を側梁５としている。

床板部材７は、上面板７ａと、下面板７ｂと、車両幅方向断面がトラス状になるように上面板７ａ及び下面板７ｂを接続する複数の接続板７ｃとを備え、下面板７ｂと接続板７ｃとの交点に補強部材９が連結される。

補強部材９は、車端部から枕梁８と干渉しない位置まで（車端部側にのみ）設けられ、一端が側梁５の下端部に溶接されると共に他端が床板部材７の下面に溶接される。このとき、車両長手方向から見た場合に、側梁５の外面に対して角度θ（１５〜４５°）だけ傾くように補強部材９を溶接する。なお、車両長手方向から見て側梁５の外面が曲面または複数の面である場合には、側梁５と補強部材９との結合位置から車両幅方向の位置の側梁５の外面の接線に対して角度θだけ傾くように補強部材９を設ける。

次に図４を参照して、並行する鉄道車両１と脱線車両１ａとに高低差が生じて、鉄道車両１の側面に脱線車両１ａが衝突する場合について説明する。図４は鉄道車両１と脱線車両１ａとに高低差が生じて互いに衝突した部分の断面図である。なお、脱線車両１ａは、鉄道車両１と名称が異なるのみで構成は同一である。

図４に示すように、脱線車両１ａが脱線してレールの高さ分だけ落ち込むと、脱線車両１ａの床板部材７から車両幅方向の延長上に、鉄道車両１の側梁５の下端部が位置するようになる。特に、アルミニウム合金製の鉄道車両１の場合には側梁５の強度を確保するため、ステンレス鋼製や普通鋼製の側梁に比べて、側梁５の高さを大きく設定しているので、このような位置関係となる。

上記の位置関係において、鉄道車両１の車端部と脱線車両１ａの車端部とが正面から斜めに衝突する、いわゆる正面オフセット衝突した場合には、鉄道車両１の台枠２と脱線車両１ａの台枠２とが衝突するので、脱線車両１ａの台枠２と側構体３との接合部を車両長手方向に沿って破断するような破壊は発生し難い。

正面オフセット衝突の衝撃によって車両同士が一度離れた後、鉄道車両１の側面の車端部側に脱線車両１ａの車端部が衝突することがある。この場合には、鉄道車両１の台枠２と脱線車両１ａの側構体３とが接触して互いに荷重が加わる。側構体３は台枠２と比較して車両幅方向の強度が低いので、車体の内側に向かって脱線車両１ａの側構体３が変形または破壊されるおそれがある。これにより、鉄道車両１の側梁５の下端部と脱線車両１ａの側梁５の上端側とが接触して互いに荷重が加わる。

ここで、補強部材９が配設されていない従来の鉄道車両の場合について説明する。鉄道車両１及び脱線車両１ａは、側梁５の上端側と床板部材７とが車両幅方向に連結されるので、側梁５の下端部は側梁５の上端側と比較して車両幅方向の荷重に対する剛性が低い。そのため、鉄道車両１の側梁５の下端部に脱線車両１ａの側梁５の上端側が接触して、鉄道車両１の側梁５の下端部に車両幅方向の荷重が加わると、車体の内側に向かって鉄道車両１の側梁５の下端部が変形または破壊されることがある。

車体の内側に向かって鉄道車両１の側梁５の下端部が変形または破壊されると、脱線車両１ａの台枠２（側梁５の上端側）と側構体３との接合部に、鉄道車両１の側梁５の上端側が接触する。台枠２と側構体３との接合部は車両幅方向の強度が低いので、脱線車両１ａの台枠２と側構体３との接合部に、鉄道車両１の側梁５の上端側が食い込むように侵入して、脱線車両１ａの側構体３と台枠２との接合部が破壊されることがある。脱線車両１ａに鉄道車両１が侵入した状態でそれぞれの進行方向に鉄道車両１及び脱線車両１ａが走行するので、鉄道車両１の側梁５に脱線車両１ａの台枠２が潜り込み、脱線車両１ａの台枠２と側構体３との接合部が車両長手方向に沿って破断されるおそれがある。同時に、脱線車両１ａの損傷により突出した部材等が、鉄道車両１を損傷させるおそれもある。

これに対し本実施の形態によれば、側梁５の下端部と床板部材７の下面とを補強部材９が連結するので、上記の側面衝突の場合に車両幅方向の内側に向かって側梁５の下端部が変形または破壊することを抑制できる。これにより、脱線車両１ａの潜り込みを防ぎ、側面衝突時の脱線車両１ａの損傷を低減できる。同時に、鉄道車両１の損傷も低減できる。

このとき、脱線車両１ａから鉄道車両１の側梁５に加わった荷重が、補強部材９を介して床板部材７に加わり、床板部材７に加わる力の反力が、側梁５の変位を規制して側梁５の変形または破壊を抑制している。この床板部材７に加わる主な力は、側梁５から補強部材９に加わる荷重のうち補強部材９の面内方向成分の力である。補強部材９の面内方向成分の力は、車両長手方向から見た場合の側梁５の外面と補強部材９とのなす角度θにより決まり、角度が９０°に近いほど補強部材９の面内方向成分の力が大きくなる。角度θが１５°よりも小さい場合には、補強部材９の面内方向成分の力が小さく、床板部材７からの反力が十分に得られず、補強部材９により鉄道車両１の側梁５の下端部が変形または破壊されることを十分に抑制できないおそれがある。

角度θが４５°よりも大きい場合には、補強部材９の面内方向成分の力が大きく、床板部材７からの反力を十分に得ることができるので、補強部材９により鉄道車両１の側梁５の下端部が変形または破壊されることを抑制できる。しかし、床板部材７に加わる力が大きいので、床板部材７が変形または破壊するおそれがある。よって、角度θを１５°以上、且つ、４５°以下とすることにより、側方からの荷重に対して側梁５が変形または破壊されることを抑制できると共に、床板部材７が変形または破壊されることを抑制できる。

さらに、角度θが４５°よりも大きい場合には、床板部材７の中央付近まで補強部材９が張り出すことになるので、床板部材７の下面に配置される床下機器を取り付けるスペースが確保できない。これを防ぐため、角度θを４５°以下とすることにより、床下機器を取り付ける範囲を確保できる。

また、下面板７ｂと接続板７ｃとの交点に補強部材９が連結されるので、側面衝突時に補強部材９から下面板７ｂに荷重が加わる場合、接続板７ｃにより下面板７ｂが上面板７ａ側に変形または破壊されることを抑制できる。つまり、下面板７ｂと接続板７ｃとの交点に補強部材９を連結させることで、床板部材７が変形または破壊されることを抑制できる。

また、枕梁８は一対の側梁５の下端を連結するので、枕梁８や補強部材９がない場合に比べて、側梁５の下端部が車両幅方向の内側に向かって変形または破壊することを抑制できる。従って、鉄道車両１の側面における枕梁８が設けられる位置付近に脱線車両１ａの車端部が衝突する場合にも、鉄道車両１及び脱線車両１ａの損傷を低減できる。

また、車端部から枕梁８と干渉しない位置まで補強部材９を設けるので、枕梁８を避けて補強部材９を配置することになる。これにより、枕梁８と補強部材９とを干渉しないように一対の側梁５に枕梁８の両端が固定されるので、補強部材９に干渉させながら枕梁８を固定する場合と比較して、枕梁８の強度を確保できる。

また、補強部材９を車端部側にのみ設けると共に、側梁５の下端部および床板部材７の下面に補強部材９を溶接により固定するので、後述のように、補強部材９を車両長手方向に沿って設ける場合と比較して、車体を軽量化できる。

さらに、鉄道車両１と脱線車両１ａとの衝突は、車端部が互いに衝突する場合が多い。そのため、車端部側にのみ補強部材９を設けることで、車体を軽量化することと、側梁５の変形または破壊を抑制することとを両立できる。従って、車体を軽量化できると共に、側面衝突時の脱線車両１ａの損傷を低減できる効果がある。

次に図５及び図６を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、溶接により補強部材９を固定すると共に、車端部側にのみ補強部材９を設ける場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、補強部材１６と台枠１２とを一体の押出形材として車両長手方向に沿って形成する場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符合を付して以下の説明を省略する。図５は本発明の第２実施の形態における鉄道車両１０の底面図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線における鉄道車両１０の断面図である。

図５及び図６に示すように、台枠１２は、車両長手方向に延びると共に車両幅方向の両側に配置される一対の側梁５と、車両幅方向に延びると共に車端部に配置される一対の端梁６と、車両幅方向に延びると共に一対の側梁５間に配置される枕梁８及び横梁１４とを備え、横梁１４は所定の床下機器（図示せず）が取り付けられる。枕梁８及び横梁１４の上面には、一対の側梁５の上端側に支持される床板部材７が設けられ、床板部材７の下面と側梁５の下端部とが補強部材１６により連結される。なお、本実施の形態では車両幅方向において、側梁５と補強部材１６との結合位置Ｂよりも車体の内側部分を床板部材７とし、外側部分を側梁５としている。

車両長手方向から見た場合に、側梁５の外面に対して角度θ（１５〜４５°）だけ補強部材１６が傾くと共に、下面板７ｂと接続板７ｃとの交点に補強部材１６が連結されるように、補強部材１６と一対の側梁５と床板部材７とが一体の押出形材として形成され、その押出形材の長手方向の両端部には端梁６が取り付けられる。さらに、枕梁８及び横梁１４を取り付ける位置の補強部材１６を削り取り、一対の側梁５を互いに向かって露出させることで、一対の側梁５に枕梁８及び横梁１４が固定される。なお、車両長手方向から見て側梁５の外面が曲面または複数の面がある場合には、側梁５と補強部材１６との結合位置から車両幅方向の位置の側梁５の外面の接線に対して角度θだけ傾くように補強部材１６を設ける。

鉄道車両１０によれば、補強部材１６が車両長手方向に沿って形成されるので、鉄道車両１０の側面の車端部側に脱線車両１ａの車端部が衝突する場合だけでなく、鉄道車両１０の側面の車両長手方向に亘って脱線車両１ａが衝突する場合でも、側梁５の下端部が車両幅方向の内側に向かって変形または破壊することを抑制できる。そのため、鉄道車両１０の側面のどの位置に脱線車両１ａが衝突しても、脱線車両１ａの損傷を低減できる。同時に、鉄道車両１０の損傷も低減できる。

また、横梁１４は一対の側梁５の下端を連結するので、枕梁８や横梁１４、補強部材１６がない場合に比べて、側梁５の下端部が車両幅方向の内側に向かって変形または破壊することを抑制できる。これにより、補強部材１６を削り取って枕梁８及び横梁１４を側梁５に取り付けたとしても、側梁５の下端部の剛性を車両長手方向に亘って確保できる。

また、枕梁８及び横梁１４と補強部材１６とを干渉しないように、補強部材１６を削り取って一対の側梁５に枕梁８及び横梁１４の両端が固定されるので、補強部材１６に干渉させながら枕梁８及び横梁１４を固定する場合と比較して、枕梁８及び横梁１４の強度を確保できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態では、鉄道車両１，１０及び脱線車両１ａがアルミニウム合金製のダブルスキン構造により構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の材質を採用することは当然可能である。他の材質としては、例えば、ステンレス鋼製や普通鋼製が挙げられる。また、ダブルスキン構造ではなく、シングルスキン構造とすることもできる。

上記第１実施の形態では、脱線車両１ａの構成が鉄道車両１の構成と同一である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。鉄道車両１は、鉄道車両１の側梁５の変形または破壊を抑制することで、脱線車両１ａが損傷するのを低減させるものである。つまり、鉄道車両１にのみ補強部材９を設ければよく、脱線車両１ａの構成が鉄道車両１の構成と異なっていても、側面衝突時の脱線車両１ａの損傷を低減できる。

上記第１実施の形態では、補強部材９が板状の部材である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、棒状の部材とすることは当然可能である。

上記第１実施の形態では、補強部材９が、車端部側にのみ設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、車両長手方向に亘って任意の間隔を空けて複数の補強部材９を配置することは当然可能である。これにより、鉄道車両１の車端部以外に脱線車両１ａが衝突した場合に、鉄道車両１の側梁５が変形または破壊される可能性を低減できる。

１，１０鉄道車両
２，１２台枠
５側梁
７床板部材
８枕梁
９，１６補強部材

Claims

車両長手方向に延びる一対の側梁およびその一対の側梁間に配置されて車両幅方向に延びる複数の枕梁を有する台枠と、
前記枕梁の上面に設けられると共に前記一対の側梁の上端側に支持される床板部材と、
その床板部材の下面と前記側梁の下端部とを連結する筋交状の補強部材とを備え、
前記補強部材は、車端部から車両長手方向に延びて、その車端部に最も近い前記枕梁よりも車端部側にのみ設けられることを特徴とする鉄道車両。
前記側梁は、アルミニウム合金から構成されることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両。
前記補強部材は、車両長手方向から見た場合の前記側梁に対する角度が１５°以上、且つ、４５°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両。