JP6557407B2 - Railway vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、車体の上下方向の曲げ振動を低減する台車サスペンション機構を備える鉄道車両に関する。 The present invention relates to a railway vehicle including a carriage suspension mechanism that reduces bending vibration in the vertical direction of a vehicle body.
鉄道車両の車体の上下方向の曲げ振動は、乗心地に大きく影響する。一般に、車体の上下方向の一次曲げ振動(以下、「車体一次曲げ振動」という)の固有振動数は、10Hz付近に存在することが多い。上下振動に対して人間の感度が高い周波数領域は、4〜8Hzとされており、車体一次曲げ振動の固有振動数が、この人間の感度が高い周波数帯域に近いため、車体一次曲げ振動の程度が大きい場合に、乗客は不快を感じやすい。したがって、車体一次曲げ振動を低減することは、乗心地を改善して快適性を向上するために重要である。 Bending vibration in the vertical direction of the body of a railway vehicle greatly affects riding comfort. Generally, the natural frequency of the primary bending vibration in the vertical direction of the vehicle body (hereinafter referred to as “vehicle body primary bending vibration”) often exists in the vicinity of 10 Hz. The frequency range in which human sensitivity to vertical vibration is high is 4 to 8 Hz, and the natural frequency of the primary bending vibration of the vehicle body is close to the frequency band in which this human sensitivity is high. Passengers are likely to feel uncomfortable. Therefore, reducing the primary bending vibration of the vehicle body is important for improving riding comfort and improving comfort.
特許文献1には、車体一次曲げ振動低減を目的に、車体と台車の前後方向を結合する部材の特性を適切に設定することで、車体一次曲げ振動を低減する方法が示されている。
特許文献1に記載の方法は、台車と車体とを結合する部材を介して台車が車体に対して前後方向に変位する振動モードが、車体一次曲げ振動を低減する動吸振器(ダイナミックダンパ)として作用するモードであり、この台車の前後方向振動の固有振動数を車体一次曲げ振動の振動数と一致させた場合に、車体一次曲げ振動の振幅を低減できることを明らかにしている。
In the method described in
また、特許文献1に記載の方法は、車体一次曲げ振動を低減するために、車体一次曲げ振動の固有振動数と台車の前後方向の固有振動数を一致させ、そのための条件である台車と車体との間の牽引装置やヨーダンパなどの取り付け部のゴム剛性の最適値を、数式によって導出している。
In addition, the method described in
実際の鉄道車両では、編成を構成する各号車によって、窓および乗降に供される側引き戸の配置また車両の床下に取付けられる機器の配置や重量などが異なるため、各号車の車体一次曲げ振動の固有振動数は同じではなく、1〜2Hz程度の差異を有する。 In an actual railway car, the arrangement of the sliding doors used for getting on and off the windows and the arrangement and weight of the equipment installed under the floor of the vehicle differ depending on the cars constituting the train. The natural frequencies are not the same and have a difference of about 1 to 2 Hz.
このため、特許文献1に記載の数式に基づいて、乗り心地の改善を目的として、車体一次曲げ振動の固有振動数に台車の前後振動の固有振動数を一致させるために、牽引装置やヨーダンパの取り付け部のゴム剛性の適正値を算定することにより、各号車に対応する複数のゴム剛性の適正値が算出される。
For this reason, in order to improve the riding comfort based on the mathematical expression described in
各号車によって牽引装置やヨーダンパの取り付け部のゴム剛性が複数存在すると、牽引装置やヨーダンパの予備品等を管理するコストが大きくなるだけでなく、所定のゴム剛性を有する牽引装置およびヨーダンパを、編成をなす各車両に確実に取り付けるための製造工数も大きくなりやすい。 If each car has multiple rubber rigidity at the attachment part of the traction device and the yaw damper, not only will the cost of managing the spare parts of the traction device and the yaw damper increase, but also the traction device and the yaw damper having the predetermined rubber rigidity will be knitted. The manufacturing man-hours for securely attaching to each of the vehicles are likely to increase.
そこで、本発明の目的は、編成を構成する各号車が備える牽引装置およびヨーダンパの取り付け部のゴム剛性を各号車によって変更することなく、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a railway vehicle that reduces the primary bending vibration of the vehicle body and improves the ride comfort without changing the rubber rigidity of the attaching portion of the traction device and the yaw damper provided in each of the cars constituting the knitting. Is to provide.
本発明は、車体と、車体の一方の端部を支持する第1の台車と、車体の他方の端部を支持する第2の台車とを有する鉄道車両であって、車体と第1の台車とを車体の長手方向に沿って接続する第1の接続部材と、車体と第2の台車とを車体の長手方向に沿って接続する第2の接続部材とを備え、第1の接続部材の軌道からの取付け高さと第2の接続部材の軌道からの取付け高さとが異なることを特徴とする。 The present invention is a railway vehicle having a vehicle body, a first carriage that supports one end of the vehicle body, and a second carriage that supports the other end of the vehicle body, the vehicle body and the first carriage. And a second connection member for connecting the vehicle body and the second carriage along the longitudinal direction of the vehicle body, the first connection member of the first connection member The mounting height from the track differs from the mounting height from the track of the second connecting member.
本発明に係る鉄道車両によれば、編成を構成する各号車に備えられる牽引装置およびヨーダンパの取り付け部のゴム剛性を各号車によって変更することなく、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。 According to the railway vehicle of the present invention, the primary bending vibration is reduced and the ride comfort is improved without changing the rubber rigidity of the attaching portion of the traction device and the yaw damper provided in each car constituting the knitting. A railway vehicle can be provided.
以下に、本発明に係る実施の形態を、図を参照して説明する。以下の説明に当たり、供する方向を定義する。図に示す車体1において、長手方向(前後方向、進行方向、レール方向)をX方向、幅方向(枕木方向)をY方向および高さ方向をZ方向とする。なお単に、X方向、Y方向およびZ方向と記す場合がある。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the direction to be provided is defined. In the
図1は、実施例1に係る鉄道車両の側面図である。鉄道車両は、乗客等が乗車する車体1と、車体1の両端部を支持する台車16および台車17などを有する。
台車16(17)は、X方向に沿って備えられると共にY方向に隔置された一対の側梁、Y方向に沿って備えられると共に側梁のX方向の中心部を接続する横梁74(図5、参照)を有する台車枠11、車輪と車軸からなる輪軸13、輪軸13を回動可能に保持する軸箱体12および軸箱体12を台車枠11に弾性支持する軸ばね装置14などから構成される。FIG. 1 is a side view of the railcar according to the first embodiment. The railway vehicle includes a
The carriage 16 (17) is provided along the X direction and a pair of side beams spaced in the Y direction, and a horizontal beam 74 (shown in the figure) that is provided along the Y direction and connects the center of the side beams in the X direction. 5), a
車体1と台車16(17)は、X方向に沿って備えられる牽引リンク72(73)(図5、参照)と、X方向に沿って備えられるヨーダンパ装置4によって接続される。牽引リンク72(73)は、車体1の床面を成す台枠の下面から垂下する中心ピン71(図5、参照)と台車16(17)の台車枠11の横梁74とを接続している。ヨーダンパ装置4は、車体1の下面からZ方向に延伸するヨーダンパ車体受け3の下端部と台車16(17)のY方向の端部に備えられるヨーダンパ台車受け6を接続する。すなわち、牽引リンク72(73)およびヨーダンパ装置4は、車体1と台車16(17)を車体1の長手方向に接続する接続部材である。
The
台車枠11をなす横梁のY方向の両端部の上面には、車体1をZ方向に弾性支持する空気ばね8が備えられる。空気ばね8は、袋状のベローズを備え、このベローズには空気加圧手段(図示なし)から高圧空気が供給される。
車体1と台車枠11(台車16、17)とは、牽引装置7、ヨーダンパ装置4および空気ばね8によって、X方向に弾性支持されている。すなわち、牽引装置7、ヨーダンパ装置4および空気ばね8は、X方向のばねとして作用する。
The
台車16のヨーダンパ装置4は、軌道(レールの上面)10からHの高さ位置に、台車17のヨーダンパ装置4は軌道10からIの高さ位置に、ヨーダンパ装置4の長手方向を車体1のX方向に沿う態様で配置されている。すなわち、ヨーダンパ装置4は、車体1と台車16(17)の間でX方向に振動を減衰させる部材として機能する。
The
以上の構成によって、台車16(17)は、車体1に対して、空気ばね8、牽引装置7およびヨーダンパ装置4によって、X方向に弾性支持されている。特に、ヨーダンパ装置4は、X方向の振動エネルギを消費して振動レベルを低減することができる。さらに、台車16(17)は、軌道10のZ方向の不整に対して、軸ばね装置14が軸箱支持装置12の上下方向の変位を許容できるので、軌道10のZ方向の不整に追従できる。
With the above configuration, the carriage 16 (17) is elastically supported in the X direction by the
図2は、前位台車および後位台車のヨーダンパ装置が、共に各台車の重心位置より下方に取り付けられる場合であって、車体の一次曲げ振動が抑制されない様子を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which the primary bending vibration of the vehicle body is not suppressed when the yaw damper devices of the front carriage and the rear carriage are both attached below the center of gravity of each carriage.
車体20は、台車枠21と輪軸23とを有する台車26(27)に空気ばね28を介して支持される。ヨーダンパ装置24は、車体20のヨーダンパ車体受け83と台車26(27)のヨーダンパ台車受け86を接続する。また、車体一次曲げ振動が励起されやすい加振条件は、軌道10のZ方向の不整を模擬する正弦波の2波長分の長さが台車26と台車27との間の距離Lに等しい場合である(図3も同様)。
The
以下に、図2を参照して、車体一次曲げ振動が励起されやすい加振条件下において、台車26(前位台車)および台車27(後位台車)のヨーダンパ装置24が、高さ寸法Jのヨーダンパ車体受け83に取り付けられる場合(台車26および台車27のヨーダンパ装置24は軌道10から同じ高さ位置Hに取り付けられる場合)に、車体一次曲げ振動が抑制されない様子を説明する。
In the following, referring to FIG. 2, the
車体20が凹凸の軌道を走行すると、軌道10が台車26(27)をX方向およびZ方向に加振するため、車体20は、車体20と台車26(27)との間の結合部材である、ヨーダンパ装置24、空気バネ28および牽引装置(図示しない)を介して加振される。
When the
台車26および台車27が、同位相で+Z方向に加振される場合、車体20には、空気バネ28を介して車体20のX方向の両端部に+Z方向の加振力200が作用する。この加振力200は、車体20の一次曲げ振動の節300よりも外側(X方向の端部側)の位置に+Z方向に作用するので、車体20は、車体20のX方向の中央部が+/−Z方向に振動する車体一次曲げ振動100が生じる。この車体一次曲げ振動100の振幅が−Z方向の振れたとき、車体20は、−Z方向(下向き)の凸形状に変形して、車体20の床面にX方向の引っ張り力102が生じると共に、車体20の屋根面のX方向の圧縮力101が生じる。
When the
さらに、軌道10の凹凸によって、台車26(27)は、台車の重心90を中心に時計回りにピッチング振動110(X−Z面内の振動)をする。ヨーダンパ装置24は、台車26(27)の重心90よりZ方向下方に接続されているため、台車26(27)が時計回りのピッチング振動110するとき、台車26の台車枠21はヨーダンパ装置24を車両20の進行方向の反対方向(−X方向)に押す。一方、台車27の台車枠21はヨーダンパ装置24を車両20の進行方向の反対方向(−X方向)にヨーダンパ装置24を引っ張る。
Further, due to the unevenness of the
−X方向に押される(あるいは、−X方向に引っ張られる)ヨーダンパ装置24は、−X方向の速度を変換して得られる減衰力でヨーダンパ車体受け83を−X方向に押す。−X方向に押されるヨーダンパ車体受け83は、車体20の床面に−X方向の減衰力201を伝える。
The
台車26および台車27のピッチング振動110に起因する加振力201は、共に、車体20の床面を−X方向に押すため、車体一次曲げ振動100に起因する車体20の床面の引っ張り力102は低減しない。すなわち、車体一次曲げ振動は抑制されないことになる。
Since the
図3は、前位台車のヨーダンパ装置が前位台車の重心位置より下方に取り付けられ、後位台車のヨーダンパ装置が後位台車の重心位置より上方に取り付けられる場合に、車体の一次曲げ振動が抑制される様子を示す模式図である。 FIG. 3 shows that when the yaw damper device of the front carriage is attached below the center of gravity of the front carriage and the yaw damper device of the rear carriage is attached above the center of gravity of the rear carriage, the primary bending vibration of the vehicle body It is a schematic diagram which shows a mode that it is suppressed.
以下に、図3を参照して、車体一次曲げ振動が励起されやすい加振条件下において、台車26(前位台車)のヨーダンパ装置24が高さ寸法Jのヨーダンパ車体受け83に取り付けられ(軌道10からヨーダンパ装置24までの高さ寸法H)、台車27(後位台車)のヨーダンパ装置24が高さ寸法Kのヨーダンパ車体受け83(軌道10からヨーダンパ装置24までの高さ寸法I)に取り付けられている場合に、車体一次曲げ振動が抑制される作用を説明する。
In the following, referring to FIG. 3, the
ここで、車体20が車体一次曲げ振動が励起しやすい条件下を走行する場合に、車体20に生じる一次曲げ振動に起因して、車体20が−Z方向に凸に変形した時に車体20の床面にX方向の引っ張り力102が生じると共に、車体20の屋根面にX方向の圧縮力101が生じるところまでは、先の図2の説明と同様である。
Here, when the
台車26が台車の重心90の周りにピッチング振動110をすると、ヨーダンパ装置24は台車の重心90よりも低い位置にあるので、台車26の台車枠21はヨーダンパ装置24を−X方向に押す。一方、台車27が台車の重心90の周りにピッチング振動110をすると、ヨーダンパ装置24は台車の重心90よりも高い位置にあるので、台車27の台車枠21はヨーダンパ装置24をX方向に押す。
When the
−X方向に押されるヨーダンパ装置24は、−X方向の速度を変換して得た減衰力でヨーダンパ車体受け83を−X方向に押す。−X方向に押されるヨーダンパ車体受け83は、車体20の床面に−X方向の減衰力201を伝える。一方、+X方向に押されるヨーダンパ装置24は、+X方向の速度を変換して得た減衰力でヨーダンパ車体受け83を+X方向に押す。+X方向に押されるヨーダンパ車体受け83は、車体20の床面に+X方向の減衰力202を伝える。
The
車体20の床面には、台車26のピッチング振動110に起因する−X方向の減衰力201と台車27のピッチング振動110に起因する+X方向の減衰力202が発生して、車体20の床面をX方向に沿って圧縮する圧縮力が生じる。この圧縮力は、車体20を+Z方向に凸形状に変形させる力(上方に凸となる車体一次曲げ)と同じ作用を奏する。
On the floor surface of the
したがって、この圧縮力は、車体一次曲げ振動100の振幅が−Z方向の振れた時に車体20の床面に生じるX方向に沿う引っ張り力102を打ち消す方向に作用するため、あるいは、下方に凸の車体一次曲げ振動を打ち消す逆位相の上方に凸の車体一次曲げ振動を生じる作用を有するため、結果的に車体一次曲げ振動が低減される。
Therefore, this compressive force acts in a direction that cancels the pulling
以上のように、車体20と台車26(27)の間の振動伝達経路であるヨーダンパ装置24の軌道10からの取付け高さH(I)は、台車から車体に伝わる振動の位相を変える要素である。よって、この取り付け高さH(I)を前後の台車の台車重心の軌道10からの高さを考慮して変えることで、車体一次曲げ振動を打ち消す逆位相の車体一次曲げを奏する力を生じるため、車体一次曲げ振動を低減できる。
As described above, the mounting height H (I) from the
図4に、ヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置が車体の長手方向中央部の上下方向に対する振動加速パワースペクトル密度に及ぼす影響を示すシミュレーション結果を示す図である。台車26と台車27との間のX方向寸法L内に、正弦波で模擬される軌道10のZ方向の凹凸が2波長分存在する場合の加振条件において(図2および図3、参照)、車体20の台車26のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置を台車の重心位置より下方とし、台車27のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置を台車の重心位置の上方とした場合に、車体一次曲げ振動が低減される作用を記した(図3、参照)。
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result showing the influence of the mounting position in the height direction of the yaw damper device on the vibration acceleration power spectral density in the vertical direction at the center in the longitudinal direction of the vehicle body. In an excitation condition in the case where there are two undulations in the Z direction of the
実線60は、従来の鉄道車両の車体中央部の上下方向に対する振動加速度のシミュレーションによるパワースペクトル密度(PSD)であり、台車26および台車27の軌道からヨーダンパ装置の取り付け位置が同じ場合である。一方、点線61は、本発明による鉄道車両の車体中央部の上下方向に対する振動加速度のシミュレーションによるパワースペクトル密度(PSD)である。すなわち、台車26のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置が台車26の重心位置より下方にあり、台車27のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置が台車27の重心位置より上方にある場合である。
A
乗客の快適性に大きな影響を及ぼす車体一次曲げ振動に起因する速度Vで走行する鉄道車両が、上述した条件の軌道10を走行する時、軌道10が車両20を加振する加振周波数F[Hz]は、2×V/Lから導かれる。本発明によれば、この加振周波数Fで加振される結果生じる車体一次曲げ振動を低減できるので、図4に示すように周波数Fにおけるパワースペクトル密度(PSD)波形を低減できることを確認した。
When a railway vehicle that travels at a speed V resulting from the primary bending vibration of the vehicle body that greatly affects passenger comfort travels on the
以上のように、前位台車と後位台車とでヨーダンパ装置の取り付け高さ位置を変更することによって車体の上下振動を低減できる周波数Fは、前後の台車の距離Lと鉄道車両の走行速度Vで一義的に決定される。このため、同一編成内で、台車間の距離Lが同じであれば、いずれの号車においても同様の振動低減効果が期待できるので、台車と車体とを締結する締結要素のゴム剛性を適切に設定して台車の前後方向の振動を動吸振器として利用しなくても、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。 As described above, the frequency F at which the vertical vibration of the vehicle body can be reduced by changing the mounting height position of the yaw damper device between the front carriage and the rear carriage is the distance L between the front and rear carriages and the traveling speed V of the railway vehicle. Is unambiguously determined. For this reason, as long as the distance L between the carriages is the same in the same knitting, the same vibration reduction effect can be expected in any car. Therefore, the rubber rigidity of the fastening element that fastens the carriage and the vehicle body is set appropriately. Thus, it is possible to provide a railway vehicle that reduces the primary bending vibration of the vehicle body and improves the ride comfort without using the longitudinal vibration of the carriage as a dynamic vibration absorber.
図5は、実施例1における別形態の鉄道車両の側面図である。車体1の床面のX方向の両端部には、−Z方向に垂下する態様で中心ピン71が備えられ、この中心ピン71周りに台車16(17)が水平面内で旋回する。台車16(17)の駆動力やブレーキ力は、台車16(17)と中心ピン71を接続する牽引リンク72(73)を介して車体1へ伝えられる。
FIG. 5 is a side view of another type of railway vehicle according to the first embodiment. A
中心ピン71は、+Z方向の上端部にフランジ部(図示しない)を有し、このフランジ部が車体1の床面である台枠を構成すると共にY方向に沿って備えられる枕梁76に固定される。
The
牽引リンク72(73)はX方向に沿って備えられる部材であり、牽引リンク72(73)の一方の端部に備えられるゴムブッシュを介して中心ピン71に接続され、その他方の端部に備えられるゴムブッシュを介して、台車16(17)を構成すると共にY方向に沿って備えられる横梁74に接続される。
The traction link 72 (73) is a member provided along the X direction, and is connected to the
中心ピン71と牽引リンク72(73)等は牽引装置70を構成し、図示はしないが図5に示す鉄道車両はヨーダンパ装置や空気バネなども備える。
The
牽引装置70は、前述したヨーダンパ装置と同様に、台車16(17)のピッチング等の振動が車体1に伝わる振動伝達経路を構成する。台車16の牽引リンク72は、軌道10から+Z方向の高さHの位置に固定されており、台車17の牽引リンク73は軌道10から+Z方向の高さIの位置に固定される。
The
以上のように、台車と車体とを締結する締結要素のゴム剛性を適切に設定して台車の前後方向の振動を動吸振器として利用しなくても、前位台車および後位台車の牽引リンク72(73)の取り付け高さを異にすることによって、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。 As described above, the traction links of the front and rear carriages can be used without appropriately setting the rubber rigidity of the fastening element that fastens the carriage and the vehicle body and using the longitudinal vibration of the carriage as a dynamic vibration absorber. By making the mounting height of 72 (73) different, it is possible to provide a railway vehicle that reduces the primary bending vibration of the vehicle body and improves the riding comfort.
図6は、実施例2に係る鉄道車両の側面図であり、実施例2に係る鉄道車両は、減衰力切り替え機構を有するヨーダンパ装置を高さ方向に2段に配置した構成を備える。
車体1は、台車57および58に支持され、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44および45は、台車57(58)の台車枠11のY方向の両端部のヨーダンパ台車受け46と車体1に接続するヨーダンパ車体受け43とを接続すると共に、Z方向に積み重ねる構造を備える。減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44は、軌道10から高さ寸法Hの位置に備えられ、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置45は、軌道10から高さ寸法Iの位置に備えられる。FIG. 6 is a side view of the railway vehicle according to the second embodiment. The railway vehicle according to the second embodiment includes a configuration in which yaw damper devices having a damping force switching mechanism are arranged in two stages in the height direction.
The
減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44(45)は、ヨーダンパ内部に設けられたピストンが動作した時に、抵抗力を得るために設けている流路を、例えば電磁弁などで切り替えて制御することで、減衰力の大きさを任意に制御できる。 The yaw damper device 44 (45) with a damping force switching function switches and controls the flow path provided to obtain resistance when the piston provided in the yaw damper operates, for example, with an electromagnetic valve. The magnitude of the damping force can be arbitrarily controlled.
次に、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44(45)の減衰力切り替え制御方法について説明する。台車57の減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44を減衰力が得られる作動状態とし、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置45を減衰力が得られない非作動状態とする。同時に、台車58の減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44を減衰力が得られない非作動状態とし、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置45を減衰力が得られる作動状態とする。これにより、実施例1と同様に、前位台車と後位台車とでヨーダンパ装置の取り付け高さ位置を変更することと同等の状態を構成することができる。
Next, a damping force switching control method of the yaw damper device 44 (45) with a damping force switching function will be described. The
上述した制御方法によって減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44(45)の動作状態を切り替えることによって、台車と車体とを締結する締結要素のゴム剛性を適切に設定して台車の前後方向の振動を動吸振器として利用しなくても、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。 By switching the operation state of the yaw damper device 44 (45) with a damping force switching function by the control method described above, the rubber rigidity of the fastening element that fastens the carriage and the vehicle body is set appropriately, and vibrations in the longitudinal direction of the carriage are moved. Even if it is not used as a vibration absorber, it is possible to provide a railway vehicle that reduces the primary bending vibration of the vehicle body and improves the riding comfort.
さらに、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44(45)が動作しない非動作状態を設けることができるので、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44(45)の交換周期を延伸することができる。減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置44(45)の動作状態と非動作状態との切り替えタイミングは、鉄道車両の進行方向が変わるときに切り替えてもよい。 Furthermore, since the non-operation state in which the yaw damper device 44 (45) with the damping force switching function does not operate can be provided, the replacement cycle of the yaw damper device 44 (45) with the damping force switching function can be extended. The switching timing between the operating state and the non-operating state of the yaw damper device 44 (45) with the damping force switching function may be switched when the traveling direction of the railway vehicle changes.
図7は、実施例3に係る鉄道車両の側面図であり、実施例3に係る鉄道車両は、ヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置を変更できる装置を備える。 FIG. 7 is a side view of the railway vehicle according to the third embodiment. The railway vehicle according to the third embodiment includes a device that can change the mounting position of the yaw damper device in the height direction.
ヨーダンパ装置54は、車体1の床面をなす台枠下面に固定されたヨーダンパ車体受53が備えるスライダ機構55aと、台車枠11に固定されたヨーダンパ台車受け56が備えるスライダ機構55bとの間に備えられる。スライダ機構55a(55b)は、例えばラックアンドピニオン機構やリニアモータ機構で構成され、ヨーダンパ車体受け53の軌道10からの取り付け高さ(位置)Hを任意に変更できる。
The
すなわち、スライダ機構55a(55b)は高さ調整機構を有し、ヨーダンパ装置54のレール上面からの取り付け高さHを、車体一次曲げ振動を打ち消す取り付け高さ(振動減衰機能が作用する高さ)に設定することにより、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地レベルを向上することができる。
That is, the
図8は、実施例4に係る鉄道車両の側面図であり、実施例4に係る鉄道車両は、鉄道車両の速度に基づいて、高さ方向に2段に備えられたヨーダンパ装置の減衰力を切り替える構成を有する。なお、図8では、実施例1から実施例3で説明した部材と同様の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。 FIG. 8 is a side view of the railway vehicle according to the fourth embodiment. The railway vehicle according to the fourth embodiment has the damping force of the yaw damper device provided in two stages in the height direction based on the speed of the railway vehicle. It has a configuration for switching. In FIG. 8, the same members as those described in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
実施例4に係る鉄道車両用の台車は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられ鉄道車両に作用する減衰力を調整可能なヨーダンパ装置47、48、49および50、鉄道車両の走行速度を検出する速度検出装置160並びに速度検出装置160によって検出した鉄道車両の走行速度に基づき車体一次曲げ振動を抑制させる減衰力指令値を算出してヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力を個別に制御する制御装置150を備える。
The bogie for the railway vehicle according to the fourth embodiment includes the
さらに、ヨーダンパ装置47と49は、レール上面から第1の高さH1となる高さに取り付けられ、一方、ヨーダンパ装置48と50は、レール上面から第1の高さH1とは異なる第2の高さI1となる高さに取り付けられている。Further, the
ヨーダンパ装置47、48、49および50は、例えばゴムブッシュのような弾性体を介して車体1のヨーダンパ車体受け63と台車枠11のヨーダンパ台車受け66とに連結されている。また、ヨーダンパ装置47、48、49および50は、例えばヨーダンパ内部に減衰力調整弁(図示せず)を備えることにより減衰力可変機能を有し、ヨーダンパが生じる減衰力を高減衰力から低減衰力との間で任意の減衰力に個別に調整することができる。
The
このため、ヨーダンパ装置47、48、49および50は、後述する制御装置150から各ヨーダンパ装置に個別に出力される、車体一次曲げ振動を抑制させる減衰力指令値の制御信号に従って、減衰力を可変に制御できる。
For this reason, the
なお、ヨーダンパ装置47、48、49および50は、高減衰力から低減衰力との間で減衰力を連続的に調整できる構成であることが望ましいが、ステップ状に複数段階で調整可能とする構成であってもよい。
The
また、ヨーダンパ装置47、48、49および50は、ヨーダンパ装置の減衰力を検出する減衰力検出装置(図示しない)として、例えばひずみゲージなどを備えるか、もしくは、ヨーダンパ装置の伸縮速度を検出する伸縮速度検出装置(図示しない)として、例えばストロークセンサなどを備え、それぞれの出力を制御装置150にフィードバックすることにより減衰力を高精度に調整する構成としてもよい。
Further, the
速度検出装置160は、鉄道車両に搭載される速度センサなどにより構成され、鉄道車両の走行速度を検出する。速度センサとしては、例えば、鉄道車両の台車の輪軸に取り付けられた速度発電機などの、短時間当たりの輪軸回転数に応じた電圧から走行速度を算出する装置を用いてもよいし、GPSなどの装置を用いてもよい。
The
制御装置150は、速度検出装置160で検出した走行速度を入力信号とし、ヨーダンパ装置47、48、49および50に対して制御信号を出力する。この制御装置150は、走行速度の入力信号に基づいて、車体一次曲げ振動を低減するためのヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力指令値を算出する演算機能と、算出した減衰力指令値からヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力を可変に調整する制御機能を備える。
The
実施例4によれば、速度検出装置160で検出した走行速度に基づいてヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力を個別に制御することで、車体1に作用する減衰力を任意の大きさに調整できる。それと共に、この減衰力の力学的な作用高さを、ヨーダンパ装置47と49の取り付け高さH1およびヨーダンパ装置48と50の取り付け高さI1の間の任意の高さに調整することができる。According to the fourth embodiment, the damping force acting on the
図9は、実施例4によって2段に重ねて備えられるヨーダンパ装置の減衰力を独立して制御する場合に、車体に作用する減衰力の力学的な作用高さを調整できる原理を説明する概念図である。 FIG. 9 is a concept for explaining the principle that the dynamic action height of the damping force acting on the vehicle body can be adjusted when the damping force of the yaw damper device provided in two stages according to the fourth embodiment is independently controlled. FIG.
以下に、図9を用いて、台車36に備えられたヨーダンパ装置47(48)の減衰力を個別に制御することで、車体1に作用する減衰力の力学的な作用高さを任意の高さに調整できる原理について説明する。なお、車体1は、図8に示すように台車36と台車37に支持されていることから、台車36の力学的な作用高さを任意の高さに調整できる原理は、ヨーダンパ装置49(50)を備える台車37についても成り立つので、台車37についての原理の説明を省略する。
Hereinafter, by using FIG. 9 to individually control the damping force of the yaw damper device 47 (48) provided in the
ヨーダンパ装置47(48)は、車体のヨーダンパ車体受け93の下端部と台車36のヨーダンパ台車受け96とを接続すると共に、Z方向に積み重ねられる構造を有する。ここで、レール上面から高さH1に取り付けられたヨーダンパ装置47の減衰力をFH1、高さI1に取り付けられたヨーダンパ装置48の減衰力をFI1とし、車体の重心高さをHCOGとすると、ヨーダンパ装置47および48の減衰力により車体に作用する曲げモーメントMは、以下の(数1)の式に示す通りとなる。The yaw damper device 47 (48) has a structure in which the lower end portion of the yaw
また、車体一次曲げ振動を低減させる減衰力FH2と作用高さH2が与えられた場合、それらを実現するためのヨーダンパ装置47および48の減衰力FH1およびFI1は、(数3)および(数5)から、以下の(数7)および(数8)の式に示す通りとなる。Further, when a damping force F H2 for reducing the primary bending vibration of the vehicle body and an action height H 2 are given, the damping forces F H1 and F I1 of the
また、台車37においても、前述した原理と同様に、ヨーダンパ装置49および50の減衰力を制御することによって、車体に作用する減衰力を任意の大きさに、その力学的な作用高さをヨーダンパ装置49の取り付け高さH1とヨーダンパ装置50の取り付け高さI1の間の任意の高さに調整することができる。In the
以上のとおり、ヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力を個別に制御することによって、台車36と台車37とで、車体に作用する減衰力と、その力学的な作用高さを異なる値にすることができる。
As described above, by individually controlling the damping force of the
そのため、例えば鉄道車両の走行速度が高速から低速に変化し、車体一次曲げ振動を低減できる減衰力と作用高さの最適値が走行速度に応じて変化した場合においても、その最適値を実現することができ、実施例1で述べた原理と同様に、効果的に車体1次曲げ振動を低減することができる。 Therefore, for example, even when the running speed of a railway vehicle changes from high speed to low speed, and the optimum value of the damping force and the action height that can reduce the primary bending vibration of the vehicle body changes according to the running speed, the optimum value is realized. Thus, similar to the principle described in the first embodiment, the primary bending vibration of the vehicle body can be effectively reduced.
図10は、実施例4によって、鉄道車両の走行速度に基づき前位台車および後位台車に備えられるヨーダンパ装置の減衰力を制御する方法を示すフローチャートである。
以下に、図10を用いて、速度検出装置160からの走行速度信号に基づいて、ヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力を制御する方法について説明する。FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling the damping force of the yaw damper device provided in the front carriage and the rear carriage based on the traveling speed of the railway vehicle according to the fourth embodiment.
Hereinafter, a method for controlling the damping force of the
ステップS1において、制御装置150は、速度検出装置160から鉄道車両の走行速度を取得する。
In step S <b> 1, the
ステップS2において、制御装置150は、取得した走行速度を入力とし、走行速度と車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さとの関係から、入力された走行速度に対して車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さ(前述したFH2およびH2に相当)を、台車36および37でそれぞれ算出する。In step S2, the
この走行速度と車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さとの関係は、あらかじめ、実験や数値シミュレーションなどによりデータベース化しておき、実際の走行時には、取得した走行速度に基づいてこのデータベースにアクセスすることにより、車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さを求めることが効率的である。 The relationship between the travel speed and the damping force and action height that reduces the primary bending vibration of the vehicle body is created in advance as a database through experiments and numerical simulations, and this database is accessed based on the acquired travel speed during actual travel. Thus, it is efficient to obtain the damping force and the height of action that reduce the primary bending vibration of the vehicle body.
ステップS3において、制御装置150は、算出した上記減衰力および作用高さに基づいて、(数7)および(数8)に従い、前側台車のヨーダンパ装置47および48(前述したFH1およびFI1に相当)と、後側台車のヨーダンパ装置49および50のそれぞれの減衰力指令値を算出する。In step S3, the
ここで、ステップS2およびステップS3において、制御装置150は、取得した走行速度からヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力指令値を算出する際に、あらかじめ走行速度と減衰力指令値との関係を、実験や数値シミュレーションなどによりデータベース化しておき、このデータベースに基づいて、走行速度からヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力指令値を直接算出してもよい。
Here, in step S2 and step S3, when calculating the damping force command value of the
ステップS4において、制御装置150は、算出したヨーダンパ装置47、48、49および50に対して、算出した減衰力指令値をそれぞれ出力し、減衰力を個別に制御する。ここで、ヨーダンパ装置47、48、49および50が、高減衰力から低減衰力との間で減衰力を連続的に調整する構成である場合では、減衰力指令値と一致するように減衰力を制御するが、複数段階で調整する構成である場合は、減衰力指令値に最も近い減衰力となるように該減衰力を制御すればよい。
In step S4, the
実施例4に係る鉄道車両用サスペンション装置が搭載された鉄道車両は、鉄道車両の走行速度が変化し、車体一次曲げ振動を低減できる減衰力および作用高さの最適値が変化した場合においても、ヨーダンパ装置47、48、49および50の減衰力を個別に制御することができる。これにより、前側台車36側および後側台車37側で、それぞれ車体一次曲げ振動を低減する減衰力と作用高さを実現することができるため、低速から高速までの広い走行速度の範囲において、車体一次曲げ振動を効果的に低減することができる。
In the railway vehicle equipped with the railway vehicle suspension device according to the fourth embodiment, even when the traveling speed of the railway vehicle changes and the optimum values of the damping force and the action height that can reduce the vehicle body primary bending vibration change, The damping force of the
上記した各実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであるところ、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、その他の構成の追加、削除および置換をすることが可能である。 Each of the above-described embodiments has been described in detail for easy understanding of the present invention, but is not necessarily limited to the one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1、20…車体 10…軌道 11…台車枠 12…軸箱体 13…輪軸
3、43、53、63、83、93…ヨーダンパ車体受け
6、46、56、66、86、96…ヨーダンパ台車受け
4、24、54…ヨーダンパ装置
16、17、26、27、36、37、57、58…台車
21…台車枠 23…輪軸
8、28…空気ばね 14…軸ばね装置 55a、55b…スライダ機構
44、45…減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置
47、48、49、50…減衰力可変機能付きヨーダンパ装置
60…従来の鉄道車両の車体中央部の上下方向振動加速度のPSD
61…本発明に係る鉄道車両の車体中央部の上下方向振動加速度のPSD
70…牽引装置 71…中心ピン 72、73…牽引リンク
74…横梁(台車の台車枠)
76…枕梁(車体の台枠) 90…台車の重心 100…車体一次曲げ振動
101…車体に生じる圧縮力 102…車体に生じる引っ張り力
110…ピッチング振動 150…制御装置 160…速度検出装置
201…車体に生じる前後方向(−X方向)の減衰力
202…車体に生じる前後方向(+X方向)の減衰力
200…上下方向の加振力 300…車体一次曲げ振動の節DESCRIPTION OF
61. PSD of vibration acceleration in the vertical direction at the center of the vehicle body of the railway vehicle according to the present invention.
70 ... Towing
76 ... Pillow beam (car frame of the vehicle body) 90 ... Center of gravity of the
Claims (8)
前記車体の一方の端部を支持する第1の台車と、
前記車体の他方の端部を支持する第2の台車と
を備える鉄道車両であって、
前記車体と前記第1の台車とを前記車体の長手方向に沿って接続する第1の接続部材と、
前記車体と前記第2の台車とを前記車体の長手方向に沿って接続する第2の接続部材と
を有し、
前記第1の接続部材の軌道からの取付け高さと前記第2の接続部材の軌道からの取付け高さとが異なり、前記第1の接続部材の軌道からの取付け高さが前記第1の台車の重心位置より下方であれば前記第2の接続部材の軌道からの取付け高さは前記第2の台車の重心位置より上方であり、また、前記第1の接続部材の軌道からの取付け高さが前記第1の台車の重心位置より上方であれば前記第2の接続部材の軌道からの取付け高さは前記第2の台車の重心位置より下方である
ことを特徴とする鉄道車両。 The car body,
A first carriage that supports one end of the vehicle body;
A railway vehicle comprising a second carriage supporting the other end of the vehicle body,
A first connecting member for connecting the vehicle body and the first carriage along the longitudinal direction of the vehicle body;
A second connecting member for connecting the vehicle body and the second carriage along the longitudinal direction of the vehicle body;
Said first connecting member Ri attached and are Do different height from the trajectory of the mounting height and said second connecting member from the orbit, the mounting height from the track of the first connecting member of the first carriage If it is below the center of gravity position, the mounting height of the second connecting member from the track is above the center of gravity of the second carriage, and the mounting height of the first connecting member from the track is The railcar characterized in that if it is above the center of gravity of the first carriage, the mounting height of the second connecting member from the track is below the center of gravity of the second carriage. .
前記第1の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第1の中心ピンと前記第1の台車に備えられる第1の横梁とを接続する第1の牽引リンクであり、
前記第2の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第2の中心ピンと前記第2の台車に備えられる第2の横梁とを接続する第2の牽引リンクである
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 1,
The first connecting member is
A first traction link connecting a first center pin hanging from the lower surface of the vehicle body and a first transverse beam provided in the first carriage;
The second connecting member is
A railway vehicle characterized in that it is a second traction link that connects a second center pin hanging from the lower surface of the vehicle body and a second transverse beam provided in the second carriage .
前記第1の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第1のヨーダンパ車体受けと前記第1の台車の幅方向の端部に備えられる第1のヨーダンパ台車受けとを接続する第1のヨーダンパ装置であり、
前記第2の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第2のヨーダンパ車体受けと前記第2の台車の幅方向の端部に備えられる第2のヨーダンパ台車受けとを接続する第2のヨーダンパ装置である
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 1 ,
The first connecting member is
A first yaw damper device that connects a first yaw damper body receiver hanging from the lower surface of the vehicle body and a first yaw damper carriage receiver provided at an end in the width direction of the first carriage ;
The second connecting member is
It is a second yaw damper device that connects a second yaw damper body receiver that hangs down from the lower surface of the vehicle body and a second yaw damper carriage receiver provided at an end in the width direction of the second carriage. Railway vehicle.
前記第1のヨーダンパ装置は、第1の上部ヨーダンパ装置および第1の下部ヨーダンパ装置を高さ方向に積み重ねて構成され、
前記第2のヨーダンパ装置は、第2の上部ヨーダンパ装置および第2の下部ヨーダンパ装置を高さ方向に積み重ねて構成され、
前記第1の上部ヨーダンパ装置および前記第1の下部ヨーダンパ装置は、前記車体と前記第1の台車との間に生じる減衰力の大きさを調整可能とし、
前記第2の上部ヨーダンパ装置および前記第2の下部ヨーダンパ装置は、前記車体と前記第2の台車との間に生じる減衰力の大きさを調整可能とする
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 3 ,
The first yaw damper device is configured by stacking a first upper yaw damper device and a first lower yaw damper device in the height direction,
The second yaw damper device is configured by stacking a second upper yaw damper device and a second lower yaw damper device in the height direction,
The first upper yaw damper device and the first lower yaw damper device can adjust the magnitude of a damping force generated between the vehicle body and the first carriage,
The railway, wherein the second upper yaw damper device and the second lower yaw damper device are capable of adjusting a magnitude of a damping force generated between the vehicle body and the second carriage. vehicle.
前記第1のヨーダンパ車体受けおよび前記第1のヨーダンパ台車受けは、前記第1のヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置を変更する高さ調整機構を有し、
前記第2のヨーダンパ車体受けおよび前記第2のヨーダンパ台車受けは、前記第2のヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置を変更する高さ調整機構を有する
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 3 ,
The first yaw damper body receiver and the first yaw damper carriage receiver have a height adjustment mechanism for changing a mounting position in the height direction of the first yaw damper device,
The railway vehicle, wherein the second yaw damper body receiver and the second yaw damper carriage receiver have a height adjusting mechanism for changing a mounting position of the second yaw damper device in a height direction. .
前記第1の上部ヨーダンパ装置および前記第1の下部ヨーダンパ装置による減衰力が前記第1のヨーダンパ車体受けに作用する点の軌道からの高さ位置と、前記第2の上部ヨーダンパ装置および前記第2の下部ヨーダンパ装置による減衰力が前記第2のヨーダンパ車体受けに作用する点の軌道からの高さ位置とが異なる
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 4,
The height position from the orbit where the damping force by the first upper yaw damper device and the first lower yaw damper device acts on the first yaw damper vehicle body receiver, the second upper yaw damper device and the second A railway vehicle in which a damping force by the lower yaw damper device is different from a height position from a track at a point where the second yaw damper body receiver is applied to the second yaw damper body receiver .
当該鉄道車両の走行速度を検出する走行速度検出装置と、
前記第1の上部ヨーダンパ装置および前記第1の下部ヨーダンパ装置並びに前記第2の上部ヨーダンパ装置および前記第2の下部ヨーダンパ装置それぞれの減衰力を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記走行速度検出装置からの前記走行速度に基づいて、前記第1の上部ヨーダンパ装置および前記第1の下部ヨーダンパ装置並びに前記第2の上部ヨーダンパ装置および前記第2の下部ヨーダンパ装置それぞれの減衰力を演算し、当該それぞれの減衰力を指令値として、前記第1の上部ヨーダンパ装置および前記第1の下部ヨーダンパ装置並びに前記第2の上部ヨーダンパ装置および前記第2の下部ヨーダンパ装置を個別に制御する
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 6 ,
A traveling speed detection device for detecting the traveling speed of the railway vehicle;
A control device for controlling a damping force of each of the first upper yaw damper device, the first lower yaw damper device , the second upper yaw damper device, and the second lower yaw damper device;
With
The control device includes the first upper yaw damper device, the first lower yaw damper device, the second upper yaw damper device, and the second lower yaw damper device based on the running speed from the running speed detection device. Each damping force is calculated, and the first upper yaw damper device, the first lower yaw damper device, the second upper yaw damper device, and the second lower yaw damper device are set using the respective damping forces as command values. A railway vehicle characterized by being individually controlled .
前記第1の上部ヨーダンパ装置および前記第1の下部ヨーダンパ装置並びに前記第2の上部ヨーダンパ装置および前記第2の下部ヨーダンパ装置それぞれは、減衰力検出装置を備え、当該減衰力検出装置の検出出力を前記制御装置へフィードバックする
ことを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 7,
Each of the first upper yaw damper device, the first lower yaw damper device, the second upper yaw damper device, and the second lower yaw damper device includes a damping force detection device, and a detection output of the damping force detection device is provided. A rail vehicle that feeds back to the control device .
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