JP6718362B2

JP6718362B2 - 鉄道車両用台車

Info

Publication number: JP6718362B2
Application number: JP2016218726A
Authority: JP
Inventors: 一雄磯村
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: JP2018075954A

Description

本発明は、鉄道車両用台車に関する。

一般的に、鉄道車両は、車体と、その車体の長手方向の一端部及び他端部をそれぞれ支持する一対の台車とを備え、一対の台車の各々が一対の輪軸を有し、１つの車体あたりに４つの輪軸が設けられる。車両走行中の車輪には、レールに対して鉛直方向の力（輪重）と車幅方向の力（横圧）とが作用し、輪重に対する横圧の比である脱線係数（＝横圧／輪重）が大きくなると、脱線の可能性が高くなる。

特許文献１には、電磁石を励磁することで電磁石とレールとの間に吸引力を生じさせ、当該吸引力により軸箱に下方の力を与え、輪重を増加させる構成が開示されている。特許文献２には、油圧シリンダを用いて輪重を増加させる構成が開示されている。

特開２００３−２５９９２号公報特開２００４−２０９９９５号公報

ところで、車両走行時には、１車両中の４つの輪軸のうち先頭軸の脱線係数が大きくなる。特に、曲線走行中には、レールの内軌と外軌との間の曲率半径差により発生するクリープ力（車輪とレールとの接触面での滑りにより発生する接線力）が、輪重に影響され難いために、一定の値が横圧の一部として現れる傾向がある。即ち、車体が空車状態で輪重が小さいときには、横圧の影響が相対的に大きくなり、脱線係数が大きくなる。よって、空車状態での曲線走行時には、先頭軸の脱線係数が大きくなりやすい。

他方、車体が満車状態で輪重が大きいときは、レールに過大な局所荷重が負荷されることを防ぐため、最大輪重が規定値を超えないように各輪軸の荷重（輪重）を均衡させることが求められる。

そこで本発明は、車体からの荷重が小さいときの先頭軸の脱線係数の増加を抑制しながら、車体からの荷重が大きいときの最大輪重の値も抑制できる台車を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両用台車は、車体と、前記車体の長手方向の一端部及び他端部をそれぞれ支持する一対の台車とを備える鉄道車両に用いられる台車であって、一対の輪軸と、前記一対の輪軸を支持する台車枠と、前記台車枠の車体長手方向外側の部分に搭載される外側サスペンションと、前記台車枠の車体長手方向内側の部分に搭載される内側サスペンションと、車体からの荷重を受け、前記外側サスペンション及び前記内側サスペンションに上方から対向して配置された荷重伝達部材と、を備え、前記外側サスペンション及び前記内側サスペンションは、前記荷重伝達部材が第１高さにあるとき、前記荷重伝達部材からの荷重のうち前記外側サスペンションに負荷される荷重の割合が、前記内側サスペンションに負荷される荷重の割合よりも大きくなるように配置され、かつ、前記荷重伝達部材が前記第１高さよりも低い第２高さにあるとき、前記荷重伝達部材が前記第１高さにあるときに比べ、前記内側サスペンションに負荷される荷重の割合が増えるように配置されている。

前記構成によれば、車体からの荷重が小さく荷重伝達部材が第１高さにあるときは、台車枠の車体長手方向外側の部分に搭載された外側サスペンションに負荷される荷重割合が相対的に大きくなるので、１車両中の先頭軸の輪重が大きくなり、先頭軸の脱線係数の増加を抑制できる。しかも、車体からの荷重が大きく荷重伝達部材が第２高さにあるときは、台車枠の車体長手方向内側の部分に搭載された内側サスペンションに負荷される荷重割合が、第１高さ時に比べて大きくなるので、外側サスペンションに負荷される荷重割合が相対的に減り、先頭軸の輪重が過大になることが防止され、最大輪重の値を抑制できる。また、荷重伝達部材の高さに機械的に連動して各サスペンションに対する荷重分配が決まる構成とすることで、従来の電気制御による場合に比べ、信頼性も高くなる。

本発明によれば、車体からの荷重が小さいときの先頭軸の脱線係数の増加を抑制しながら、車体からの荷重が大きいときの最大輪重の値も抑制できる。

第１実施形態に係る鉄道車両の概略側面図である。図１に示す鉄道車両の台車であって車体が空車状態であるときの台車の側面図である。図２に示す台車のストッパの縦断面図である。ストッパの変形例の縦断面図である。図２に示す台車であって車体が満車状態であるときの台車の側面図である。図２に示す台車の外側二次サスペンション及び内側二次サスペンションの撓み量と荷重との関係を示すグラフである。第２実施形態に係る台車であって車体が空車状態であるときの台車の側面図である。図７に示す台車の外側二次サスペンション及び内側二次サスペンションの撓み量と荷重との関係を示すグラフである。第３実施形態に係る台車であって車体が空車状態であるときの台車の側面図である。第４実施形態に係る台車であって車体が空車状態であるときの台車の側面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両１の概略側面図である。図１に示すように、鉄道車両１は、車体２と、車体２の長手方向の一端部２ａ及び他端部２ｂをそれぞれ支持する一対の台車３，４とを備える。台車３，４の各々は、非連接台車である。即ち、台車３，４の各々は、隣接する一対の車体に架け渡されて当該一対の車体の各端部を同時に支持する台車ではなく、車体２の長手方向の端縁よりも車体長手方向内側に配置されて１つの車体２のみを支持する台車である。台車３，４の各々は、二軸ボギー台車である。なお、一対の台車３，４は、互いに同構造であり、平面視で互いに反対向きに配置されただけであるので、以下の詳細な説明では、台車３について代表して説明する。

図２は、図１に示す鉄道車両１の台車３であって車体２が空車状態であるときの台車３の側面図である。図２に示すように、台車３は、外側輪軸５、内側輪軸６、外側軸箱７、内側軸箱８、台車枠９、外側一次サスペンション１０と、内側一次サスペンション１１、外側二次サスペンション１２、内側二次サスペンション１３、及び、荷重伝達部材１４を備える。

外側輪軸５及び内側輪軸６は、台車枠９の中心を基準として互いに車体長手方向に対称に配置されている。外側輪軸５は、台車３の車体長手方向外側に配置され、内側輪軸６は、台車３の車体長手方向内側に配置されている。即ち、外側輪軸５は、内側輪軸６よりも車体２の長手方向一端に近く配置されており、鉄道車両１が図１の右側に進行する場合における先頭軸（一対の台車３，４の全ての輪軸のうちで進行方向の最も先頭に位置する輪軸）となる。

外側軸箱７は、外側輪軸５の端部を回転自在に支持する軸受（図示せず）を収容し、内側軸箱８は、内側輪軸６の端部を回転自在に支持する軸受（図示せず）を収容する。台車枠９は、例えば、横梁（図示せず）と、当該横梁の車幅方向両端部にそれぞれ接続されて車体長手方向に延びる一対の側梁９ａとを有する。外側一次サスペンション１０は、外側軸箱７と台車枠９との間に介在し、内側一次サスペンション１１は、内側軸箱８と台車枠９との間に介在する。外側一次サスペンション１０及び内側一次サスペンション１１の各々には、例えば、積層ゴムが用いられるが、弾性を有するものであれば他の形態（例えば、コイルバネ）でもよい。このように、台車枠９は、軸箱７，８及び一次サスペンション１０，１１を介して輪軸５，６を支持する。

外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション１３は、台車枠９と荷重伝達部材１４との間に介在し、台車枠９の中心を基準として互いに車体長手方向に対称に配置されている。外側二次サスペンション１２は、台車枠９の車体長手方向外側の部分に搭載され、内側二次サスペンション１３は、台車枠９の車体長手方向内側の部分に搭載されている。即ち、外側二次サスペンション１２は、車体長手方向において内側輪軸６よりも外側輪軸５に近い位置に配置され、内側二次サスペンション１３は、車体長手方向において外側輪軸５よりも内側輪軸６に近い位置に配置されている。外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション１３の各々には、例えば、コイルバネが用いられるが、弾性を有するものであれば他の形態（例えば、空気バネ）でもよい。

荷重伝達部材１４は、車体２からの荷重を受け、外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション１３に上方から対向して配置されている。本実施形態では、荷重伝達部材１４は、ボルスタである。荷重伝達部材１４は、車体２に対して水平面上で旋回可能に接続されており、車体２の下面に設けられた擦り板１５が、荷重伝達部材１４の上面に設けられた側受１６に摺動可能に上方から接触している。

車体２が空車状態で荷重伝達部材１４が第１高さＨ１にあるとき、外側二次サスペンション１２は、荷重伝達部材１４により下方に押圧され、荷重伝達部材１４を介して車体２を弾性支持するが、内側二次サスペンション１３は、荷重伝達部材１４から鉛直方向に離間した状態でストッパ１７により予圧縮されており、車体２を支持しない。

図３は、図２に示す台車３のストッパ１７の縦断面図である。図２及び３に示すように、ストッパ１７は、内側二次サスペンション１３の圧縮量が所定値よりも大きくなることを許容しながらも、内側二次サスペンション１３の圧縮量が前記所定値よりも小さくならないように内側二次サスペンション１３の高さを制限することで、車体２が空車状態のときに内側二次サスペンション１３を荷重伝達部材１４から下方に離間させる。一例として、ストッパ１７は、台車枠９に固定されたバネ座１８に固定されたガイド部材２１と、ガイド部材２１に対して鉛直方向にスライド可能に嵌合したスライド部材２２とを備える。ガイド部材２１は、バネ座１８から上方に延びた軸部２１ａと、軸部２１の上部に固定されて軸部２１ａよりも大径のフランジ部２１ｂとを有する。スライド部材２２は、軸部２１ａが挿通されるとともに軸部２１ａよりも大径かつフランジ部２１ｂよりも小径な孔２２ａと、内側二次サスペンション１３の上端を上方から押さえる押え部２２ｂとを有する。これによれば、スライド部材２２がフランジ部２１ｂに下方から干渉することで、内側二次サスペンション１３の圧縮量が前記所定値よりも小さくならないように規制される一方、スライド部材２２の下方移動による内側二次サスペンション１３の圧縮動作が許容される。

なお、ストッパの変形例として、図４に示すようなストッパ１１７を用いてもよい。ストッパ１１７は、台車枠９に固定されたバネ座１１８に環状部材１２１と、環状部材１２１に対して鉛直方向にスライド可能に内嵌されたスライド部材１２２とを備える。環状部材１２１は、バネ座１１８のバネ支持面から上方に離間した位置でバネ座１１８に固定されている。スライド部材１２２は、環状部材１２１に挿通される筒部１２２ａと、環状部材１２１に下方から対向する規制部１２２ｂと、内側二次サスペンション１３の上端を上方から押さえる押え部１２２ｃとを有する。

図５は、図２に示す台車３であって車体２が満車状態（満載）であるときの台車３の側面図である。図５に示すように、車体２が満車状態で荷重伝達部材１４が第２高さＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）にあるとき、外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション１３の両方が、荷重伝達部材１４により下方に押圧される。即ち、空車状態（図２）における内側二次サスペンション１３と荷重伝達部材１４との間の鉛直方向の離間距離Ｌは、空車状態（図２）から満車状態（図３）になる過程での荷重伝達部材１４の鉛直方向の変位量ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）よりも小さい。

図６は、図２に示す台車３の外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション１３の撓み量と荷重との関係を示すグラフである。図２及び６に示すように、車体２が空車状態で荷重伝達部材１４が第１高さＨ１にあるときは、荷重伝達部材１４から外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション１３に負荷される荷重Ｆ₀のうち、外側二次サスペンション１２に負荷される荷重の割合が、内側二次サスペンション１３に負荷される荷重の割合よりも大きい。本実施形態では、空車状態において内側二次サスペンション１３は荷重伝達部材１４から離間しているため、荷重Ｆ₀のうち外側二次サスペンション１２に負荷される荷重の割合が１００％である。

図５及び６に示すように、車体２が満車状態で荷重伝達部材１４が第２高さＨ２にあるときは、車体２が空車状態であるときに比べ、荷重伝達部材１４から内側二次サスペンション１３に負荷される荷重の割合が増える。本実施形態では、満車状態において荷重伝達部材１４からの荷重Ｆ₁のうち外側二次サスペンション１２に負荷される荷重の割合は、荷重Ｆ₁のうち内側二次サスペンション１３に負荷される荷重の割合と同じである。

以上に説明した構成によれば、車体２からの荷重が小さく荷重伝達部材１４が第１高さＨ１にあるときは、荷重伝達部材１４から外側二次サスペンション１２から負荷される荷重割合が相対的に大きくなるので、１車両中の先頭軸（外側輪軸５）の輪重が大きくなり、先頭軸の脱線係数の増加を抑制できる。しかも、車体２からの荷重が大きく荷重伝達部材１４が第２高さＨ２にあるときは、荷重伝達部材１４から内側二次サスペンション１３から負荷される荷重割合が、第１高さＨ１時に比べて大きくなるので、外側二次サスペンション１２に負荷される荷重割合が相対的に減り、先頭軸（外側輪軸５）の輪重が過大になることが防止され、最大輪重の値を抑制できる。また、荷重伝達部材１４の高さに機械的に連動して各二次サスペンション１２，１３に対する荷重分配が決まる構成とすることで、従来の電気制御による場合に比べ、信頼性も高くなる。

更に、空車状態のときに、外側二次サスペンション１２に負荷される荷重の割合を大きくして先頭軸（外側輪軸５）の輪重を高めながらも、満車状態のときには、外側二次サスペンション１２の荷重割合と内側二次サスペンション１３の荷重割合とが同じになり、外側輪軸５の輪重と内側輪軸６の輪重とが均衡する。よって、最大輪重が規定値を超えないようにしながらも、車体２の許容積載重量を最大化することができる。

また、荷重伝達部材１４が第１高さＨ１にあるときに、内側二次サスペンション１３が荷重伝達部材１４から離間しているため、外側二次サスペンション１２に負荷される荷重割合を最大化できる。そして、内側二次サスペンション１３が予圧縮されているので、荷重伝達部材１４が第２高さＨ２になると、内側二次サスペンション１３に負荷される荷重割合を急に増やすことができる。そのため、二次サスペンション１２，１３の占有スペースの増加を抑制しながらも、荷重伝達部材１４が第２高さＨ２にあるときの外側輪軸５の輪重と内側輪軸６の輪重との均衡化を容易に実現できる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る台車１０３であって車体２が空車状態であるときの台車１０３の側面図である。図８は、図７に示す台車１０３の外側二次サスペンション１１２及び内側二次サスペンション１１３の撓み量と荷重との関係を示すグラフである。なお、前述した別の実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７及び８に示すように、台車１０３では、外側二次サスペンション１１２の自然長が、内側二次サスペンション１１３の自然長よりも長く、かつ、外側二次サスペンション１１２のバネ定数は、内側二次サスペンション１１３のバネ定数よりも小さい。

車体２が空車状態で荷重伝達部材１４が第１高さＨ１にあるときは、荷重伝達部材１４から外側二次サスペンション１１２及び内側二次サスペンション１１３に負荷される荷重Ｆ₀のうち、外側二次サスペンション１１２に負荷される荷重の割合α［％］が、内側二次サスペンション１１３に負荷される荷重の割合β［％］（β＞０）よりも大きい。

車体２が満車状態になったときは、空車状態時に比べて、荷重伝達部材１４から内側二次サスペンション１１３に負荷される荷重の割合が増える。本実施形態では、満車状態において荷重伝達部材１４からの荷重Ｆ₁のうち外側二次サスペンション１１２に負荷される荷重の割合は、荷重Ｆ₁のうち内側二次サスペンション１３に負荷される荷重の割合と同じである。

以上に説明した構成によれば、空車状態において荷重伝達部材１４から外側二次サスペンション１１２に負荷される荷重割合を大きくしながらも、満車状態において荷重伝達部材１４から内側二次サスペンション１１３に負荷される荷重割合を増やす構成を容易に実現できる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る台車２０３であって車体２が空車状態であるときの台車２０３の側面図である。なお、前述した別の実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図９に示すように、台車２０３では、外側二次サスペンション２１２は、台車枠９の側梁９ａのうち外側軸箱７と平面視で重なる部分に搭載され、かつ、内側二次サスペンション２１３は、台車枠９の側梁９ａのうち内側軸箱８と平面視で重なる部分に搭載されている。車体２からの荷重を受ける荷重伝達部材２１４は、外側二次サスペンション１２及び内側二次サスペンション２１３に上方から対向して配置されている。外側二次サスペンション２１２及び内側二次サスペンション２１３は、台車枠９と荷重伝達部材２１４との間に介在し、台車枠９の中心を基準として互いに車体長手方向に対称に配置されている。

車体２が空車状態で荷重伝達部材２１４が第１高さＨ１にあるとき、外側二次サスペンション２１２は、荷重伝達部材２１４により下方に押圧され、荷重伝達部材２１４を介して車体２を弾性支持するが、内側二次サスペンション２１３は、荷重伝達部材２１４から鉛直方向に離間した状態でストッパ１７により予圧縮されており、車体２を支持しない。車体２が満車状態になったときは、外側二次サスペンション２１２及び内側二次サスペンション２１３の両方が、荷重伝達部材２１４により下方に押圧される。

以上に説明した構成によれば、外側二次サスペンション２１２の車体長手方向位置が、外側輪軸５の車体長手方向位置と同じ又は十分に近く、かつ、内側二次サスペンション２１３の車体長手方向位置が、内側輪軸６の車体長手方向位置と同じ又は十分に近い。そのため、車体２が空車状態で車体２から荷重伝達部材２１４に負荷される荷重が小さいときに、外側二次サスペンション２１２に負荷された荷重が先頭軸（外側輪軸５）に伝達される割合が高くなり、先頭軸の脱線係数の増加を好適に抑制できる。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る台車３０３であって車体２が空車状態であるときの台車３０３の側面図である。なお、前述した別の実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、台車３０３では、外側二次サスペンション３１２の自然長が、内側二次サスペンション３１３の自然長よりも長く、かつ、外側二次サスペンション３１２のバネ定数は、内側二次サスペンション３１３のバネ定数よりも小さい。各二次サスペンション３１２，３１３と荷重伝達部材２１４との間の相互作用は、第２実施形態と同じである。また、外側二次サスペンション３１２は、台車枠９の側梁９ａのうち外側軸箱７と平面視で重なる部分に搭載され、かつ、内側二次サスペンション３１３は、台車枠９の側梁９ａのうち内側軸箱８と平面視で重なる部分に搭載されている。即ち、各二次サスペンション３１２，３１３と台車枠９との間の相互作用は、第３実施形態と同じである。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよく、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。例えば、前述した各実施形態では本発明を二次サスペンションに適用したが、一次サスペンションに適用してもよい。また、荷重伝達部材１４は、ボルスタとしたが、車体からの荷重をサスペンションに伝達する部材であれば他の形態でもよい。また、満車状態において、外側サスペンションに負荷される荷重と内側サスペンションに負荷される荷重とが同じでなくてもよく、空車状態に比べて内側サスペンションに負荷される荷重の割合が増えればよい。

１鉄道車両
２車体
３，１０３，２０３，３１３台車
５外側輪軸
６内側輪軸
９台車枠
１２，１１２，２１２，３１２外側二次サスペンション
１３，１１３，２１３，３１３内側二次サスペンション
１４，２１４荷重伝達部材

Claims

車体と、前記車体の長手方向の一端部及び他端部をそれぞれ支持する一対の台車とを備える鉄道車両に用いられる台車であって、
一対の輪軸と、
前記一対の輪軸を支持する台車枠と、
前記台車枠の車体長手方向外側の部分に搭載される外側サスペンションと、
前記台車枠の車体長手方向内側の部分に搭載される内側サスペンションと、
車体からの荷重を受け、前記外側サスペンション及び前記内側サスペンションに上方から対向して配置された荷重伝達部材と、を備え、
前記外側サスペンション及び前記内側サスペンションは、
前記荷重伝達部材が第１高さにあるとき、前記荷重伝達部材からの荷重のうち前記外側サスペンションに負荷される荷重の割合が、前記内側サスペンションに負荷される荷重の割合よりも大きくなるように配置され、かつ、
前記荷重伝達部材が前記第１高さよりも低い第２高さにあるとき、前記荷重伝達部材が前記第１高さにあるときに比べ、前記内側サスペンションに負荷される荷重の割合が増えるように配置されている、鉄道車両用台車。
前記車体が空車状態であるとき、前記荷重伝達部材からの荷重のうち前記外側サスペンションに負荷される荷重の割合が、前記内側サスペンションに負荷される荷重の割合よりも大きく、
前記車体が満車状態であるとき、前記荷重伝達部材からの荷重のうち前記外側サスペンションに負荷される荷重の割合は、前記内側サスペンションに負荷される荷重の割合と同じである、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
前記外側サスペンションの自然長は、前記内側サスペンションの自然長よりも長く、かつ、前記外側サスペンションのバネ定数は、前記内側サスペンションのバネ定数よりも小さい、請求項１又は２に記載の鉄道車両用台車。
前記荷重伝達部材が前記第１高さにあるとき、前記外側サスペンションは、前記荷重伝達部材により下方に押圧され、かつ、前記内側サスペンションは、前記荷重伝達部材から鉛直方向に離間した状態で予圧縮されており、
前記荷重伝達部材が前記第２高さにあるとき、前記外側サスペンション及び前記内側サスペンションの両方が、前記荷重伝達部材により下方に押圧される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車。