JP7177954B2 - 鉄道車両の枕梁構造及び鉄道車両 - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の枕梁構造及び鉄道車両に関して、特に枕梁と台枠の間の空間を確保可能な鉄道車両の枕梁構造及びそれを備える鉄道車両に関する。
一般に、車両構体(以下、構体と記す)は、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の両端部に配置される側構体と、台枠の長手方向の両端部に配置される妻構体と、側構体と妻構体の上部に配置される屋根構体とから構成される6面体の構造物である。
台枠は、台枠の幅方向の両端部にその長手方向に沿って備えられる側梁と、側梁の長手方向の両端部同士を接続する端梁と、構体の長手方向端部から所定距離の位置に端梁に沿って備えられる枕梁と、端梁と枕梁とを構体に接続するための構体長手方向に沿って配置される中梁とから構成される。
枕梁の下面に構体上下方向に沿って備えられる中心ピンは、台車を構成する台車枠に接続される。車両の加速および減速の際、中心ピンを介して台車から枕梁に車両前後方向の荷重が伝達される。
一方、鉄道車両の組立性向上の観点から、床下に取り付けられる配線やダクトの取付を容易化することが求められる。取付を容易化する上では、台車に枕梁を取り付けた状態で、台枠と枕梁の間に一定の空間を設けて構体に組み付けることが有効である。このような枕梁を搭載した台車構造として、特許文献1、2では、側梁とのみボルト締結する枕梁を備えた台車が提案されている。
鉄道車両の台枠構造において、枕梁を側梁のみに接続する構造の場合、台車から中心ピンを介して枕梁に伝達されるモーメント荷重により、枕梁には捩り変形が生じる。また、走行時の上下振動によって台車から空気ばねを介して伝達される垂直荷重により、枕梁には曲げ変形が生じる。
特許文献1、2に記載の枕梁を備えた台車構造では、枕梁構造が、車両構体の幅方向に沿って一様な断面のリブと面板から構成されている。この構成であると、枕梁の重量が増大する蓋然性が高く、枕梁と台枠との間の空間の大きさが制約されるおそれもある。また、専用のリブと面板から構成される構造であるためコストも高くなる。
本発明は、上記課題に鑑みて、枕梁と台枠の間に所定の空間を確保し、枕梁構造の剛性を保ちながら、枕梁構造の軽量化と低コスト化が可能な枕梁構造及びそれを備える鉄道車両を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、代表的な本発明の枕梁構造の一つは、鉄道車両の構体の床を構成する台枠に備えられる枕梁構造であって、前記構体の幅方向が押し出し方向となる多層構造の複数の形材を接合して構成され、前記複数の形材は、前記構体の幅方向中央に前記台枠側の一部の層を切り欠いた領域を備える形材と、前記構体の幅方向両端に一部の層を切り欠いて形成した締結部を備える形材と、を含み、前記締結部で前記台枠の側梁を固定することを特徴とする。
本発明によれは、枕梁構造およびそれを備えた鉄道車両において、枕梁と台枠の間に所定の空間を確保し、枕梁構造の剛性を保ちながら、低コスト化が可能となる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
本発明を実施するための形態を図1~14を用いて説明する。最初に、各図における各方向を定義する。鉄道車両100(構体1)の進行方向あるいは長手方向(前後方向)をX方向、鉄道車両100(構体1)の幅方向(左右方向)をY方向、鉄道車両100(構体1)の高さ方向(上下方向)をZ方向とする。以下、単に、X方向、Y方向、Z方向と記す場合がある。
<実施例1>
図1は、本発明の実施例1の鉄道車両の側面図である。図2は、本発明の実施例1の車両構体の下面側斜視図である。
図1は、本発明の実施例1の鉄道車両の側面図である。図2は、本発明の実施例1の車両構体の下面側斜視図である。
鉄道車両100は、構体1と、構体1の下側で構体1を支持する台車2を備えている。
構体1は、床面をなす台枠10と、台枠10の幅方向の両端部に配置される側構体30と、台枠の長手方向の両端部に配置される妻構体40と、側構体30と妻構体40の上部に配置される屋根構体50とから構成される6面体の構造物である。
台枠10は、側梁11と、端梁12と、枕梁13と、中梁19とを備えている。側梁11は、台枠10の幅方向(Y方向)の両端部に長手方向(X方向)に沿って備えられる。端梁12は、側梁11の長手方向(X方向)の両端部同士を接続する。枕梁13は、構体1の長手方向(X方向)端部から所定距離の位置に台枠10の幅方向(Y方向)に沿って備えられる。中梁19は、端梁12と枕梁13とを接続するように構体1の長手方向(X方向)に沿って配置される。
台車2は、枕梁13の下側に備えられ、水平面内でZ方向に沿う中心ピン14周りに台枠10に対して旋回可能に備えられる。台車2は、台車枠3と、台車枠3に対して回転可能に保持される車軸の両端部に固定される車輪6とを備えている。台車2は、X方向中央付近のY方向両側に設けられた空気ばね4を介して台枠10を支持している。
枕梁13の下面に構体1の上下方向に沿って備えられる中心ピン14は、台車枠3に接続される。車両の加速および減速の際、中心ピン14を介して台車2から枕梁13に車両前後方向の荷重が伝達される。
図3は、本発明の実施例1の枕梁の上面側外観を示す斜視図である。枕梁13は、4つの形材15A、15B、15C、15DをX方向に並べて接合して形成される構造である。これらの形材は押出形材であり、内部に中空部を有している。押出方向がY方向となっている。
X方向中央の形材15B、15Cは、両端の形材15A、15Dの上面よりも上側に突出する上部突出部25をY方向に沿って形成している。上部突出部25のY方向の中央部に、上部突出部25の一部の領域を下側に切り欠いた中央切欠き部26が形成されている。切り欠いた部分の上面は段差21を介して上部突出部25の上面よりも低く形成されており、両端の形材15A、15Dの上面と同じかそれに近い高さになっている。両端の形材15A、15Dは、下側に突出するように形成されている。形材15A、15DのX方向両端部は側面全体についてY方向の両端部以外の部分を切り欠いた側面切欠き部27を有している。
図4は、本発明の実施例1の枕梁の下面側外観を示す斜視図である。図4は図3に対して上下をひっくり返した状態の図である。
X方向中央の形材15B、15Cは、下面側にY方向両側に受け部28を備えている。受け部28はY方向両端から所定の程度の範囲において、上側に切り欠いて形成されている。受け部28の切欠きはY方向においては、中央切欠き部26と重ならないようにして強度を保っている。この受け部28は空気ばね4を受けることができ、切り欠いた分だけZ方向の厚みを減らすことが可能となる。
X方向両端の形材15A、15Dは、Y方向両端に締結部22を備えている。締結部22は、形材15B、15CのY方向端部よりY方向の外側へ突出している。このため、形材15A、15Dは、形材15B、15Cよりも長い形材を使用する。形材15A、15Dにおいて、締結部22は下面側に突出しており、それ以外の部分では下面側に突出していない構成である。
図5は、本発明の実施例1の枕梁の形材の接合を示す拡大斜視図である。図5は、説明のため枕梁13の長手方向(Y方向)中央部のX-Z平面で切断した図を示す。
形材15Aと形材15B、形材15Bと形材15C、形材15Cと形材15Dは、それぞれ溶接部16で接合される。これらの接合は、それぞれの形材の面板同士を突き合わせて、Y方向に沿って溶接される。形材15Aと形材15Dは、上面から下側に一定の範囲が接合範囲となる。形材15Bと形材15Cは、下面から上側に一定の範囲が接合範囲となる。
図6は、本発明の実施例1の枕梁の締結部を示す拡大斜視図である。図5は、図4と同様に図3に対して上下をひっくり返した状態の図である。
締結部22は、形材15AにおけるZ方向の中間の第2面板15bの部分で形成されている。第2面板15bよりもZ方向の下側(図6での上側に相当)の部分をY方向の端部よりも所定の範囲で切り欠いた切欠き24を形成する。これにより、第2面板15bのY方向の端部よりも所定の範囲は下側部分が空いた状態となり、ボルト、ナット類の配置やこれらの締め付け等を容易に行いやすくできる。また、切欠き24は、X方向中央の内側リブ15eの両側にそれぞれ形成する。このことで、中央の内側リブ15eと、これと接続する下側の第1面板15aの一部分を残すことができ、強度を保つことが可能となる。なお、図6以外の締結部22でも同様の構成である。
図7は、図1のA-A断面を示す図である。図7に示すように枕梁13は、台車2と台枠10の間に設置される。
空間23は、台枠10と枕梁13との間に設けられる空間である。枕梁13に上述した中央切欠き部26を形成することにより、空間23を広げることが可能となる。この空間23は、配管・ダクト・センサ類・防振材など、様々な部材や部品を配置するスペースとして活用することが可能となる。また、強度とのバランスを考慮しながら段差21の大きさを調整することにより、種々の大きさの空間23とすることが可能である。
枕梁13の締結部22は、側梁11を枕梁13に対してボルト等で固定する部分である。締結部22は、構体1のY方向両端部付近に位置しており、Y方向両端の側梁11とそれぞれ固定する。枕梁13の受け部28は、台車2の空気ばね4の上側を受ける。
ここで、台車2から垂直荷重が空気ばね4を介して枕梁13に伝達される。このとき、枕梁13は、側梁11と空気ばね4との間で、曲げ応力がかかり、曲げ変形が生じるが、形材15の曲げ剛性によってこれらを低減することが可能となる。さらに、台車2から中心ピン14を介して枕梁13にモーメント荷重が伝達され、捩り変形が生じるが、形材15の捩り剛性によって低減することが可能となる。
図8は、本発明の実施例1の枕梁で使用する加工前の形材の斜視図である。図9は、本発明の実施例1の枕梁で使用する加工前の形材の長手方向に直角な平面で切断した断面図である。
上述した形材15A、15B、15C、15Dは、機械加工等による加工前は、同じ断面形状の形材15を使用することができる。形材15はY方向を長手方向として、図9に示される断面形状を維持して形成される。形材15は構体1の幅方向(Y方向)に沿って押し出した多層構造のアルミ形材を適用する。
図9に示すように、形材15は、上側から第1面板15a、第2面板15b、第3面板15cの3つの面板がZ方向に平行に並んで形成されている三層構造である。第2面板15bと第3面板15cのX方向の長さは同じであり、第1面板15aのX方向の長さは、第2面板15bと第3面板15cよりも短く形成されている。また、第1面板15aと第2面板15bのZ方向の間隔は、第2面板15bと第3面板15cの間隔よりも大きい。
第1面板15aと第2面板15bの間は、X方向外側の両側の外側リブ15dと、X方向内側の2つの内側リブ15eにより接続されている。外側リブ15d及び内側リブ15eは第2面板15bから第1面板15aに行くに従いX方向外側が狭まる方向へ傾斜している。これにより第1面板15aと第2面板15bの間は全体として断面が台形の形状となる。断面が台形の形状であると、機械加工等による加工はしやすいものとなる。
第2面板15bと第3面板15cの間は、X方向外側の両側の外側リブ15fと、X方向内側の2つの内側リブ15gとにより接続されている。外側リブ15f及び内側リブ15gは第2面板15b及び第3面板15cに対して垂直に形成されている。これにより第2面板15bと第3面板15cの間は全体として断面が矩形の形状となる。
図10は、本発明の実施例1の枕梁で使用する形材の接続状態を説明するための図である。図10では、加工前の形材15による接続を示しているが、実際には、先に機械加工等による加工を行ってから接続をすることができる。
図10に示すように、同じ断面形状の形材15を使用して加工して接合することで、枕梁13を形成できる。形材15B、15Cに対して形材15A、15Dは、形材15の上下の向きを逆にして接続する。形材15B、15Cの部分では接続範囲Pよりも上側に形材15が突出するようにして、形材15A、15Dの部分では接続範囲Pよりも下側に形材15が突出するように組み合わせる。
図3で説明した中央切欠き部26は、形材15B、15Cに相当する形材15の第1面板15a、外側リブ15d、内側リブ15eを切り欠いて形成される。
図4で説明した受け部28は、形材15B、15Cに相当する形材15の第3面板15c、外側リブ15f、内側リブ15gを切り欠いて形成される。なお、形材15A、15D側に位置する形材15B、15Cの外側リブ15fを切り欠かずに残して強度を上げてもよい。
図3で説明した側面切欠き部27は、形材15A、15Dに相当する形材15を切り欠いて形成される。Y方向中央部においては、形材15B、15Cとの接続側の外側リブ15fとそれに近い第2面板15bと第3面板15cの部分以外の部分を切り欠いて形成される。
形材15Aの第3面板15cと第2面板15bは、形材15Bの第2面板15bと第3面板15cとそれぞれ接合される。形材15Bの第2面板15bと第3面板15cは、形材15Cの第2面板15bと第3面板15cとそれぞれ接合される。形材15Cの第2面板15bと第3面板15cは、形材15Dの第3面板15cと第2面板15bとそれぞれ接合される。
図11は、本発明の実施例1の枕梁における各形材の接続前の状態を示す斜視図である。形材15A、15B、15C、15Dは、図8、9で示した形材15に機械加工を施しておく。形材15A、15B、15C、15Dの長手方向は、いずれも同じY方向である。
形材15Bと形材15Cは同じ形状に加工したものを使用できる。上述した中央切欠き部26や受け部28を形成するように削り加工等を行う。形材15Aと形材15Dは同じ形状に加工したものを対称に配置して使用できる。側面切欠き部27や切欠き24を形成するように削り加工等を行う。
そして、加工後の形材15A、15B、15C、15Dは、X方向に並べて接合する。形材15B、15CはY方向の位置は同じである。形材15A、15Dは、形材15B、15Cよりも、締結部22の部分だけY方向両端部が突出した状態で並べて接合される。
(効果)
上記のように、枕梁13は、押出形材である形材15を使用することにより、軽量で剛性のある枕梁13とすることができる。とりわけアルミ形材として、軽量化と剛性の確保を図れる。また、複層の形材15であるので剛性の向上を図れる。そして、形材15を加工することにより、台枠10と枕梁13の間に空間23を確保して、配管・ダクト・センサ類・防振材など、様々な部材や部品を配置することが可能となる。
上記のように、枕梁13は、押出形材である形材15を使用することにより、軽量で剛性のある枕梁13とすることができる。とりわけアルミ形材として、軽量化と剛性の確保を図れる。また、複層の形材15であるので剛性の向上を図れる。そして、形材15を加工することにより、台枠10と枕梁13の間に空間23を確保して、配管・ダクト・センサ類・防振材など、様々な部材や部品を配置することが可能となる。
枕梁13は、同一断面形状の形材15を加工して、これらを組み合わせて接合することで、コストを抑え、軽量で剛性のある枕梁13とすることができる。そのとき、形材15の組み合わせ方を工夫することで、剛性の確保や空間を確保等、枕梁13の機能を高く維持することが可能となる。形材15は鉄道車両100の構体1の他の部分で使用する形材と共通化することで、部品点数を低減し車両の低コスト化が可能となる。
枕梁13は、締結部22を形成することで側梁11との確実な固定を可能とする。また、所定の接続範囲P(図10)を確保して、複数の面板で接合することで、形材15同士の確実な接合を可能とし、枕梁13全体の強度を高めることを可能とする。また、受け部28を設けることで、台枠10の位置を高くすることなく、空気ばね4の上下方向の高さを確保することができる。
<実施例2>
図12は、本発明の実施例2の枕梁の構成を示す拡大斜視図である。図12は、説明のため枕梁13’の長手方向(Y方向)中央部のX-Z平面で切断した図を示す。実施例2では、実施例1と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。
図12は、本発明の実施例2の枕梁の構成を示す拡大斜視図である。図12は、説明のため枕梁13’の長手方向(Y方向)中央部のX-Z平面で切断した図を示す。実施例2では、実施例1と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。
実施例2の枕梁13’は、実施例1の枕梁13に対して補強17を追加で設けた構成である。補強17は、形材15の上面に接合するなどして補強する板状部材である。例えば、形材15B、15Cの中央切欠き部26の上面において、リブ18(外側リブ15d、内側リブ15eを切り欠いた残りの部分)の間にY方向に沿って設けられる。このとき、補強17は、中央切欠き部26のY方向の長さもしくは、それより長い長さで補強される。
実施例2は、実施例1の効果に加え、補強17を用いることにより、枕梁13’の曲げ剛性が増加し、曲げモーメントを受けた際の枕梁13’の曲げ変形を低減することが可能となる。特に、厚みが薄くなる中央切欠き部26付近を補強することによって、効果的に曲げ剛性を高めることができる。
<実施例3>
図13は、本発明の実施例3の枕梁で使用する加工前の形材の長手方向に直角な平面で切断した断面図である。図14は、本発明の実施例3の枕梁で使用する形材の接続状態を説明するための図である。実施例3では、実施例1と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。図13では、加工前の形材15’による接続を示しているが、実際には、先に機械加工等による加工を行ってから接続をすることができる。
図13は、本発明の実施例3の枕梁で使用する加工前の形材の長手方向に直角な平面で切断した断面図である。図14は、本発明の実施例3の枕梁で使用する形材の接続状態を説明するための図である。実施例3では、実施例1と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。図13では、加工前の形材15’による接続を示しているが、実際には、先に機械加工等による加工を行ってから接続をすることができる。
実施例3では、形材15’は、実施例1の形材15よりも面板を下側に2枚(二層)増やした五層構造である。具体的には、第3面板15cの下側に、第3面板15cと平行で同じ大きさの第4面板15h及び第5面板15iを追加する。第3面板15cと第4面板15hの間は外側リブ15j及び内側リブ15kに接続される。第4面板15hと第5面板15iの間は外側リブ15m及び内側リブ15nに接続される。これらのリブは外側リブ15f、内側リブ15gと同様の形状である。また、第2面板15b、第3面板15c、第4面板15h、第5面板15iのそれぞれのz方向の間隔は同じである。
図14に示すように、形材15B’、15C’に対して形材15A’、15D’は、形材15の上下の向きを逆にして接続して枕梁13’’を構成する。形材15A’、15B’、15C’、15D’は、第2面板15b、第3面板15c、第4面板15h、第5面板15iの4枚の面板によって接合されている。形材15A’と形材15B’、形材15C’と形材15D’は、第2面板15bと第5面板15i、第3面板15cと第4面板15h同士が接合される。形材15B’と形材15C’は、同じ面板同士で接合される。
実施例3は、実施例1の効果に加え、実施例1よりも接続範囲PのZ方向の長さを長くできると共に、接続する面板の数を増やすことができる。これにより、形材15’の曲げ剛性および捩り剛性が増加し、曲げモーメントおよび捩りモーメントを受けた際の枕梁13’’の曲げ変形および捩り変形を低減することが可能となる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した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り、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、また、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。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、枕梁13、13’、13’’に、台車2に取り付けられるヨーダンパからの荷重を受ける部材を取り付ける構成とすることも可能である。
また、枕梁に用いる形材の数は4つの例を示した。形材の数は、例えば、2つ以上、3つ以上、4つ以上と、形材や枕梁の形状を考慮して変更して適用することもできる。
また、各形材を接合する面板の数は、実施例1では2枚、実施例3では4枚の例を示した。しかし、接合する面板の数は、これに限らず、例えば、2枚以上、3枚以上、4枚以上と、数を増やして剛性を増すことが可能である。
また、実施例2の補強17は、中央切欠き部26以外の場所に適用して補強してもよい。
1…構体、2…台車、3…台車枠、4…空気ばね、10…台枠、11…側梁、12…端梁、13、13’、13’’…枕梁、14…中心ピン、15、15A、15B、15C、15D、15’、15A’ 15B’、15C’、15D’…形材、15a…第1面板、15b…第2面板、15c…第3面板、15h…第4面板、15i…第5面板、15d、15f、15j、15m…外側リブ、15e、15g、15k、15n…内側リブ、16…溶接部、17…補強、18…リブ、19…中梁、21…段差、22…締結部、23…空間、24…切欠き、25…上部突出部、26…中央切欠き部、27…側面切欠き部、28…受け部、30…側構体、40…妻構体、50…屋根構体、100…鉄道車両、X…長手方向、Y…幅方向、Z…高さ方向
Claims (8)
- 鉄道車両の構体の床を構成する台枠に備えられる枕梁構造であって、
前記構体の幅方向が押し出し方向となる多層構造の複数の形材を接合して構成され、
前記複数の形材は、前記構体の幅方向中央に前記台枠側の一部の層を切り欠いた領域を備える形材と、前記構体の幅方向両端に一部の層を切り欠いて形成した締結部を備える形材と、を含み、
前記締結部で前記台枠の側梁を固定することを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項1に記載の枕梁構造において、
前記複数の形材は、同じ断面形状の形材を機械加工したものを使用することを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項2に記載の枕梁構造において、
前記複数の形材は、前記構体の長手方向に並べて接合されていることを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項3に記載の枕梁構造において、
前記複数の形材のうち、前記構体の長手方向内側に位置する形材は、接合部分よりも上側に突出する部分を有し、前記構体の長手方向外側に位置する形材は、接合部分よりも下側に突出する部分を有することを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項1に記載の枕梁構造において、
前記形材の上面に補強を配置したことを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項1に記載の枕梁構造において、
前記形材の長手方向に直角な断面の形状に略台形形状の部分を含むことを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項1に記載の枕梁構造において、
前記形材は、当該枕梁構造以外の前記構体で使用する形材の断面形状と同一の断面形状を有していることを特徴とする鉄道車両の枕梁構造。 - 請求項1に記載の枕梁構造を備える鉄道車両。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/026425 WO2022009271A1 (ja) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 鉄道車両の枕梁構造及び鉄道車両 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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