JP6761628B2

JP6761628B2 - 鉄道車両の車体

Info

Publication number: JP6761628B2
Application number: JP2015216670A
Authority: JP
Inventors: 暢峰衞藤; 一昌稲葉; 秀行山口
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: JP2017087800A

Description

本発明は、鉄道車両の車体に関する。

従来から、鉄道車両には、乗客の安全を確保するために、衝突時に車体にかかる加速度を緩和することが求められている。特に、衝突初期に生じる反力ピーク値を小さくして衝突時の最大加速度を低減することが求められる。特許文献１には、衝突時の衝突エネルギーを吸収して車体に加わる加速度を緩和するための衝突エネルギー吸収装置を設けた鉄道車両が開示されている。特許文献１に開示された衝突エネルギー吸収装置は、先頭車両の先頭部に、台枠に対向するように配置されている。この衝突エネルギー吸収装置は、複数の中空部を有する中空押出し形材からなる。この中空押出し形材が、衝突エネルギーを吸収するように、車体を構成する台枠、側構体、屋根構体等よりも衝突時に潰れやすく形成されている。

特開２００３−９５０９４号公報

ところで、互いに連結された複数の車両を備えた列車編成では、先頭車両が衝突の際に、編成内で隣接する車両同士が衝突することもある。特許文献１には、先頭車両の先頭部の他、先頭車両の後端部と中間車両の端部、即ち、車体の連結面部分にも衝突エネルギー吸収装置を配置している。しかしながら、衝突時の最大加速度を低減するためには、車体の連結面部分の衝突エネルギー吸収装置を大きくする必要がある。編成内で隣接する車両同士のスペースは限られているため、車体の連結面部分の衝突エネルギー吸収装置を大きくすることができない。よって、他の方法で衝突時の最大加速度を低減することが望ましい。

そこで、本発明は、編成内で隣接する車体同士の衝突時の衝突エネルギーを車体で吸収させつつ、衝突時の最大加速度を低減させる鉄道車両の車体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の車体は、車両長手方向に延在する一対の側梁と、車幅方向における両端部が各前記側梁に支持された床板と、各前記側梁の間に位置し、車両長手方向に延在する中梁と、各前記側梁、前記中梁及び前記床板の車両長手方向端部に接続された、車幅方向に延在する端梁と、車両長手方向から視て各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの少なくとも１つに重なる位置において、前記端梁から車両長手方向外方に突出した状態で前記端梁に設けられた少なくとも１つの突起部材と、を備え、前記突起部材は、各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの車両長手方向から視て前記突起部材に重なる部分よりも高い剛性を有する。

上記の構成によれば、互いに連結された車体同士が衝突する場合に、まず、一の車体から車両長手方向外方に突出した突起部材が、隣接する車体に接触する。ここで、各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの少なくとも１つは、車両長手方向から視て突起部材に重なっており、さらに、その重なった部分の剛性が突起部材の剛性より低い。このため、突起部材への接触により、上記重なった部分が変形し、衝突エネルギーが部分的に吸収され、その後、端梁同士が接触する。このように車体同士が段階的に接触することになるため、瞬間的に反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。

本発明によれば、車体同士の衝突時の衝突エネルギーを車体で吸収させつつ、衝突時の最大加速度を低減させることができる。

一実施形態に係る鉄道車両の車体の概略正面図である。図１に示す鉄道車両の概略部分側面図である。図１に示す鉄道車両の概略部分上面図である。（Ａ）は図１に示す車体の台枠の概略部分平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すIVB−IVBの矢視図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すIVC−IVCの矢視図であり、（Ｄ）は（Ａ）に示すIVD−IVDの矢視図である。（Ａ）は第１突起部材の正面側斜視図であり、（Ｂ）は第１突起部材の背面側斜視図である。（Ａ）は図５に示す第１突起部材に対向する第１突起部材の正面側斜視図であり、（Ｂ）は図５に示す第１突起部材に対向する第１突起部材の背面側斜視図である。図１に示す車体の概略部分拡大斜視図である。図７に示す平面Ｐ１で車体を切断したときの部分拡大斜視断面図である。図７に示す平面Ｐ２で車体を切断したときの部分拡大斜視断面図である。図２に示す車体同士が衝突を時系列順に説明するための部分側面図である。図２に示す車体同士が衝突するときの圧縮変位量と反力との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る鉄道車両１の車体２Ａの概略正面図である。図２は、図１に示す鉄道車両１の概略部分側面図である。図３は、図１に示す鉄道車両１の概略部分上面図である。鉄道車両１は、互いに連結された複数の車体を備えた編成車両であり、図２及び図３では、鉄道車両１が備える車体のうちの隣り合う車体２Ａ，２Ｂの連結部分を示している。図示していないが、車体２Ａと車体２Ｂとの間には蛇腹筒状の幌が設けられており、該幌が車体２Ａの貫通路と車体２Ｂの貫通路とを連通させている。

以下の説明では、鉄道車両１が進行する方向であって車体２Ａ，２Ｂが延びる方向を車両長手方向（又は前後方向）と称し、それに直交する横方向を車幅方向と称する。また、鉄道車両１は車両長手方向の両方向に走行しうるが、以下の説明では、図２及び図３中の左向きを前方、右向きを後方と定義する。また、以下では、車体２Ａの構成及び車体２Ｂにおける車体２Ａと異なる要素についてのみ説明し、車体２Ｂにおける車体２Ａの要素と同様の要素については説明を省略する。

車体２Ａは、車体底部となる台枠３と、側構体４と、妻構体５と、屋根構体６とを備える。台枠３の車幅方向の端部に側構体４の下端部が接続される。台枠３の長手方向（前後方向）の端部に妻構体５の下端部が接続される。屋根構体６は、側構体４及び妻構体５の上端部に接続される。台枠３、側構体４、妻構体５、及び屋根構体６は、いずれもアルミ合金製である。妻構体５は、図１に示すように、隣接する車体（即ち車体２Ｂ）との間で乗客の移動を可能にする開口部５１ａが形成された妻外板５１を有する。また、車体２Ａは、車体２Ａと車体２Ｂが衝突する場合に、車体２Ａに負荷される衝突エネルギーを分散させる衝突エネルギー分散要素としての突起部材２０を有する。

図４（Ａ）は、図１に示す鉄道車両１の車体２Ａの台枠３の概略部分平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すIVB−IVBの矢視図である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すIVC−IVCの矢視図である。図４（Ｄ）は、図４（Ａ）に示すIVD−IVDの矢視図である。台枠３は、一対の側梁１１と、床板１２と、一対の中梁１３と、端梁１４とを有する。

図４（Ａ）に示すように、一対の側梁１１は、車幅方向両側にて、車両長手方向に延在している。床板１２は、車幅方向における両端部が各側梁１１に支持されている。また、図４（Ａ）に示すように、一対の中梁１３は、各側梁１１の間で、車両長手方向に延在している。一対の中梁１３は、互いに車幅方向に離れた状態で車幅方向に対称に設けられている。また、図４（Ｃ）に示すように、中梁１３の上部は、床板１２の下面を支持している。端梁１４は、台枠３の前端部で車幅方向に延在している。図４（Ｃ）に示すように、床板１２と各側梁１１は、ダブルスキン構造であり、車体２Ａの床部分を構成している。また、端梁１４は、一対の側梁１１、床板１２及び中梁１３の車両長手方向端部に接続される。より詳しくは、図４（Ｄ）に示すように、端梁１４は、車幅方向に延びる板状部分を有しており、この板状部分における車両長手方向外方を向く面１４ａに突起部材２０が設けられており、この面１４ａの裏面１４ｂに、一対の側梁１１、床板１２及び中梁１３が当接している。

本実施形態において、車体２Ａの突起部材２０は、一対の第１突起部材２１及び一対の第２突起部材２２を含む。図４（Ａ）に示すように、一対の第１突起部材２１及び一対の第２突起部材２２は、端梁１４から車両長手方向前方に突出した状態で、車体２Ａの台枠３に設けられている。図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）からも分かるように、一対の第１突起部材２１は、車両長手方向から視て一対の側梁１１にそれぞれ重なる位置に設けられている。また、一対の第１突起部材２１は、いずれも車両長手方向から視て床板１２の車幅方向端部とも重なっている。また、一対の第２突起部材２２は、車両長手方向から視て一対の中梁１３にそれぞれ重なる位置に設けられている。

図２及び図３に戻って、車体２Ａに隣接する車体２Ｂは、車体２Ａと車体２Ｂが衝突する場合に、車体２Ｂに負荷される衝突エネルギーを分散させる衝突エネルギー分散要素としての突起部材３０を有する。本実施形態において、車体２Ｂの突起部材３０は、一対の第１突起部材３１及び一対の第２突起部材３２を含む。一対の第１突起部材３１及び一対の第２突起部材３２は、端梁１４から車両長手方向後方に突出した状態で、車体２Ｂの台枠３に設けられている。車体２Ｂの第１突起部材３１は、車体２Ａの第１突起部材２１に対向するように設けられており、車体２Ｂの第２突起部材３２は、車体２Ａの第２突起部材２２に対向するように設けられている。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、車体２Ａ側の第１突起部材２１の正面側斜視図及び背面側斜視図である。第１突起部材２１は、床板１２の一部と側梁１１に重なるように、正面視略Ｌ字状に形成されている。第１突起部材２１の正面側には、車幅方向に延びる複数の溝部２１ｂと、溝部２１ｂに隣接して前方に突き出た、車幅方向に延びる突部２１ａが形成されている。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、車体２Ｂ側の第１突起部材３１の正面側斜視図及び背面側斜視図である。第１突起部材３１は、車両長手方向から視て第１突起部材２１と重なるように形成されている。第１突起部材３１の正面側には、車幅方向に延びる複数の溝部３１ｂと、溝部３１ｂに隣接して前方に突き出た、車幅方向に延びる突部３１ａが形成されている。

第１突起部材２１，３１は、突部２１ａと溝部３１ｂとが向き合い、突部３１ａと溝部２１ｂとが向き合うように形成されており、このため、車体２Ａ及び車体２Ｂが衝突する場合に、突部２１ａが溝部３１ｂの凹面に接触し、突部３１ａが溝部２１ｂの凹面に接触する。これら第１突起部材２１，３１は、アンチクライマーとしても機能する。また、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、第１突起部材２１，３１は、軽量化のため、それぞれ背面側に形成された複数の凹部２１ｃ，３１ｃを有している。凹部２１ｃ，３１ｃは、車両長手方向から視て、ダブルスキン構造である側梁１１及び床板１２の断面における空洞部分に重なるように位置している。

第１突起部材２１，３１及び第２突起部材２２，３２は、それぞれ、側梁１１、床板１２及び中梁１３のうちの車両長手方向から視て重なる部分よりも高い剛性を有する。言い換えれば、第１突起部材２１，３１及び第２突起部材２２，３２は、側梁１１、床板１２及び中梁１３のうちの車両長手方向から視て重なる部分に比べて、車両長手方向の圧縮力により塑性変形しにくい構造を有する。本実施形態において、第１突起部材２１，３１及び第２突起部材２２，３２は、アルミの塊を切削加工して成形された中実部材である。このため、第１突起部材２１，３１及び第２突起部材２２，３２の剛性を高めながらも、これら第１突起部材２１，３１及び第２突起部材２２，３２をコンパクトにすることができる。

図７は、車体２Ａの概略部分拡大斜視図である。図８は、図７に示す平面Ｐ１で車体２Ａを切断したときの部分拡大斜視断面図である。図９は、図７に示す平面Ｐ２で車体２Ａを切断したときの部分拡大斜視断面図である。図８及び図９に示すように、側梁１１の車幅方向内方側の端部１１ａと床板１２の車幅方向の端部１２ａとが接続されることにより、側梁１１に床板１２が支持される。図７及び図８に示すように、一対の側梁１１は、それぞれ車両長手方向における端部を部分的に切削して欠落させた欠落部１１ｂを有する。従って、側梁１１は、車両長手方向における端部の断面積Ｓ１（図８参照）は、車両長手方向における中央部の断面積Ｓ２（図９参照）よりも小さくなるように形成される。このため、側梁１１の車両長手方向における端部を車両長手方向の圧縮力に対して塑性変形しやすくして、衝突時の反力を低減することができる。なお、側梁１１の端部の欠落部１１ｂには、雨樋管１５が挿通された、側梁１１よりも剛性の低い補填部材１１ｃが嵌め込まれている。

第２突起部材２２，３２の車両長手方向の長さＤ２は、第１突起部材２１，３１の車両長手方向の長さＤ１よりも短い（図７参照）。即ち、車体２Ａにおいて、第１突起部材２１の突部２１ａが車体２Ａの中で最も前方に位置している。また、車体２Ｂにおいて、第１突起部材３１の突部３１ａが車体２Ｂの中で最も後方に位置している。このため、車体２Ａと車体２Ｂが衝突する場合には、第１突起部材２１，３１同士が最初に接触することになる。

図１０は、車体２Ａと車体２Ｂとの衝突を時系列順に説明するための部分側面図である。図１０（Ａ）は、衝突する前の車体２Ａと車体２Ｂとの位置関係を示している。このとき、車体２Ａの第１突起部材２１と車体２Ｂの第１突起部材３１とは、互いに前後方向に間隔をあけて対向しており、また、車体２Ａの第２突起部材２２と車体２Ｂの第２突起部材３２とは、互いに前後方向に間隔をあけて対向している。

図１０（Ｂ）は、鉄道車両１の先頭が障害物と衝突して玉突き状に車体２Ａと車体２Ｂとが互いに衝突する場合の最初の接触を示している。図１０（Ｂ）に示すように、車体２Ａと車体２Ｂの車幅方向両側に配置された第１突起部材２１，３１同士が最初に接触することになる。第２突起部材２２，３２の車両長手方向の長さＤ２が第１突起部材２１，３１の車両長手方向の長さＤ１よりも短いため、この時点では、第２突起部材２２，３２同士は接触していない。側梁１１、床板１２及び中梁１３のうちの車両長手方向から視て第１突起部材２１，３１に重なる部分は、第１突起部材２１，３１よりも剛性が低い。このため、該重なる部分は、第１突起部材２１，３１同士が接触した後から塑性変形し、部分的に衝突エネルギーを吸収する。一方、第１突起部材２１は車体２Ａの内方へ、第１突起部材３１は車体２Ｂの内方へと移動する。こうして、２段階目の接触である第２突起部材２２，３２同士の接触へと移る。

図１０（Ｃ）は、第１突起部材２１，３１同士が接触した後の第２突起部材２２，３２同士の接触を示している。なお、図１０（Ｃ）において、第１突起部材２１，３１は省略する。側梁１１、床板１２及び中梁１３のうちの車両長手方向から視て第２突起部材２２，３２に重なる部分は、第２突起部材２２，３２よりも剛性が低い。このため、該重なる部分は、第２突起部材２２，３２同士が接触した後から塑性変形し、部分的に衝突エネルギーを吸収する。一方、第２突起部材２２は車体２Ｂの内方へ、第２突起部材３２は車体２Ｂの内方へと移動する。こうして、端梁１４同士の接触へと移る。

図１１は、車体２Ａと車体２Ｂが衝突するときの車体２Ａの圧縮変位量と車体２Ａに生じる反力との関係を実線で示すグラフである。図１１のグラフにおいて、本実施形態の反力特性（実施例）と比較するために、車体２Ａと車体２Ｂがそれぞれ第１突起部材２１，３１及び第２突起部材２２，３２を備えずに衝突した場合の反力特性（比較例）を破線で示す。なお、図１１のグラフにおいて、実施例を示す実線との比較を容易にするために、比較例を示す破線は、実施例における端梁１４同士の接触（図１１のｄ３）と比較例における端梁１４同士の接触の時点が一致するように示している。

本実施形態では、図１１に示すように、車体２Ａと車体２Ｂが衝突する場合、まず第１突起部材２１，３１同士が接触する（図１１のｄ１）。その衝撃により車体２Ａには衝突エネルギーが付与されるが、すぐさま第２突起部材２２，３２同士が接触する（図１１のｄ２）。そして、最後に端梁１４同士が接触する（図１１のｄ３）。このように、本実施形態では、車体２Ａ，２Ｂ同士が衝突する場合、第１突起部材２１，３１同士の接触、第２突起部材２２，３２同士の接触、端梁１４同士の接触の順で段階的に接触することになるので、瞬間的に接触反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。このように、実施例の場合には、最初から端梁１４同士が接触する比較例の場合に比べて、瞬間的に反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。

以上に説明した構成によれば、互いに連結された車体２Ａ，２Ｂ同士が衝突する場合に、まず、車体２Ａから車両長手方向外方に突出した突起部材２０（２１，２２）に、車体２Ａに隣接する車体２Ｂが接触する。ここで、側梁１１、中梁１３及び床板１２のうちの少なくとも１つは、車両長手方向から視て突起部材２０に重なっており、さらに、その重なった部分の剛性が突起部材２０の剛性より低い。このため、車体２Ｂが突起部材２０に接触することにより、上記重なった部分が変形し、衝突エネルギーが部分的に吸収され、その後、端梁１４同士が接触する。このように車体２Ａ，２Ｂ同士が段階的に接触することになるため、瞬間的に反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。

さらに、本実施形態では、端梁１４同士が接触する前に、まず第１突起部材２１に衝突エネルギーが負荷され、次に第１突起部材２１よりも短い第２突起部材２２に衝突エネルギーが負荷される。このように、端梁１４同士の接触の前に、段階的に接触することになるため、衝突時のエネルギーが分散され、反力のピークが小さくなることで最大加速度をより低減することができる。

また、先に衝突することになる第１突起部材２１が車幅方向の両端に配置されているので、衝突後の車体２Ａのヨーイング方向における姿勢を安定させることができる。

上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、上記実施形態では、互いに連結された車体２Ａと車体２Ｂのいずれも、衝突エネルギー分散要素としての突起部材を備えていたが、車体２Ａと車体２Ｂのうちのいずれか一方のみが突起部材を備えていてもよい。

また、上記実施形態の車体２Ａは、衝突エネルギー分散要素として、車両長手方向の長さが異なる２種類の突起部材（第１突起部材２１と第２突起部材２２）を備える構成であったが、１種類の突起部材（例えば第１突起部材２１）のみを備える構成であってもよい。また、車体２Ａは、車両長手方向の長さが異なる３種類以上の突起部材を備えた構成であってもよい。例えば、本発明の鉄道車両の車体は、車両長手方向から視て側梁に重なる突起部材と、中梁に重なる突起部材と、床板に重なる突起部材とを備えており、これらの突起部材の車両長手方向の長さが互いに異なっていてもよい。

上記実施形態の車体は、端梁１４に接続される一対の中梁１３を備えていたが、端梁１４に接続される中梁１３は１つでもよい。また、上記実施形態では、車両長手方向における側梁１１の端部の断面積が車両長手方向における側梁１１の中央部の断面積よりも小さかったが、側梁１１の端部と側梁１１の中央部のそれぞれの断面積は同じであってもよい。また、上記実施形態では、突起部材２０は中実部材であったが、これに限定されず、突起部材２０は、側梁１１、床板１２及び中梁１３のうちの車両長手方向から視て重なる部分よりも高い剛性を確保できれば、中空部材であってもよい。

１鉄道車両
２Ａ，２Ｂ車体
１１側梁
１２床板
１３中梁
１４端梁
２０，３０突起部材
２１，３１第１突起部材
２２，３２第２突起部材

Claims

車両長手方向に延在する一対の側梁と、
車幅方向における両端部が各前記側梁に支持された床板と、
各前記側梁の間に位置し、車両長手方向に延在する中梁と、
各前記側梁、前記中梁及び前記床板の車両長手方向端部に接続された、車幅方向に延在する端梁と、
車両長手方向から視て各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの少なくとも１つに重なる位置において、前記端梁から車両長手方向外方に突出した状態で前記端梁に設けられた少なくとも１つの突起部材と、を備え、
前記突起部材は、各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの車両長手方向から視て前記突起部材に重なる部分よりも高い剛性を有し、
前記少なくとも１つの突起部材は、車両長手方向から視て各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの少なくとも１つに重なる位置に設けられた少なくとも１つの第１突起部材と、車両長手方向から視て各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの少なくとも１つに重なる、前記第１突起部材とは異なる位置に設けられた少なくとも１つの第２突起部材と、を含み、
前記第２突起部材の車両長手方向の長さは、前記第１突起部材の車両長手方向の長さよりも短い、鉄道車両の車体。
前記少なくとも１つの第１突起部材は、車両長手方向から視て前記一対の側梁にそれぞれ重なる位置に設けられた一対の第１突起部材であり、
前記少なくとも１つの第２突起部材は、車両長手方向から視て前記中梁に重なる位置に設けられている、請求項１に記載の鉄道車両の車体。
前記少なくとも１つの突起部材は、前記側梁に重なる位置に設けられており、
前記側梁は、車両長手方向における端部の断面積が車両長手方向における中央部の断面積よりも小さい、請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉄道車両の車体。
前記少なくとも１つの突起部材は、中実部材である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄道車両の車体。
車両長手方向に延在する一対の側梁と、
車幅方向における両端部が各前記側梁に支持された床板と、
各前記側梁の間に位置し、車両長手方向に延在する中梁と、
各前記側梁、前記中梁及び前記床板の車両長手方向端部に接続された、車幅方向に延在する端梁と、
車両長手方向から視て各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの少なくとも１つに重なる位置において、前記端梁から車両長手方向外方に突出した状態で前記端梁に設けられた少なくとも１つの突起部材と、を備え、
前記突起部材は、各前記側梁、前記中梁及び前記床板のうちの車両長手方向から視て前記突起部材に重なる部分よりも高い剛性を有し、
前記少なくとも一つの突起部材は、車両長手方向から視て前記中梁に重なる位置に設けられた第２突起部材を含む、鉄道車両の車体。