JP7193321B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両に関するものである。

従来、鉄道車両の先頭車両では、運転席が設けられた側の前面を前面妻構体として構成している。前面妻構体は、複数の妻柱を備えている。妻柱の一端（下端）は、鉄道車両の車体の底面の構造体であり、下面に台車が取り付けられる台枠に固定されている。妻柱の他端（上端）は、屋根構体に固定されるものと、窓枠を構成する水平部材に固定されるものとある。
図９に、従来の妻構体の下端の一般的な固定方法を示す。中空パイプ製の四角柱である妻柱１１１の下部は、台枠１００に形成された凹部１００ａに挿入され、台枠１００の下面側から、妻柱１１１の３面で、隅肉溶接で形成された溶接部１１３により固定されている。

また、特許文献１では、台枠の上面に妻構体を溶接するときに、妻構体の一面を台枠の側面に延設し、延設した部分でも台枠に隅肉溶接することにより、溶接部分の長さを長くして溶接強度を強くすることが記載されている。
また、特許文献２では、妻柱をボルト結合により繋ぐ部材を設け、それらの組立体を台枠にボルト結合させる構造が記載され、これにより、溶接量を低減して、妻柱の強度を増大させることが記載されている。

特開2014-108635号公報 特開2015-071360号公報

しかし、従来の鉄道車両の妻柱を台枠に固定する固定構造には、次のような問題があった。
すなわち、踏切で立往生した自動車に、鉄道車両が衝突する事故が発生した場合に、普通乗用車や床面の低い自動車ならば、台枠が直接自動車に衝突するため、鉄道車両に損傷を与えることがほとんど無い。しかし、大型トラック等の荷台が高く重心が高い自動車が踏切に立往生した場合には、台枠より上で大型トラックの荷台が衝突することになる。
その場合には、図１０に示すように衝突力が直接、妻柱の台枠より上の部分にかかることになる。その場合には、衝突力の作用点と妻柱１１１の固定部である溶接部１１３との間の距離が１ｍ程度あるため、溶接部１１３に大きなモーメント力が作用するため、溶接部１１３に過大な力が作用するため溶接部１１３が破断する恐れがある。溶接部１１３が破断した場合、妻柱１１１が鉄道車両内部に侵入するため、運転室を大きく変形させ、運転士に被害を与える恐れがある。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、大型トラックに正面衝突する事故が発生した場合でも、先頭車両の前面妻構体を構成する妻柱が容易に台枠から破断されることのない鉄道車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両は、次の構成を有している。
（１）先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、妻柱は、台枠を構成する端バリに対してエネルギ吸収部材を介して付設されていること、を特徴とする。ここで、エネルギ吸収部材としては、ねじり鋼管の他に、板状鋼板を重ね合わせて溶接した部材等が採用し得る。ねじり鋼管は、所定量塑性変形することにより、衝突エネルギを吸収するためのものである。
（２）（１）に記載する鉄道車両において、エネルギ吸収部材が、一対のねじり鋼管であること、を特徴とする。ここで、ねじり鋼管としては、中空円空断面鋼管、中空楕円断面鋼管、中空四角形断面鋼管、溝形鋼、Ｈ型鋼等が採用され得る。

（３）（１）に記載する鉄道車両において、エネルギ吸収部材が、二重構造のねじり鋼管であって、内側固定軸と中空状の一対の外側ねじり鋼管を備えること、内側固定軸の両端が端バリに固定され、外側ねじり鋼管の一端が端バリに固定されていること、外側ねじり鋼管の他端が、妻柱に固定されていること、妻柱の内側に、固定鋼管が固定されていること、固定鋼管の内周に内周ストッパが備えられ、内側固定軸の外周に外周ストッパが備えられおり、外側ねじり鋼管が所定角度回転したときに、内周ストッパと外周ストッパが当接して、外周ねじり鋼管の回転を止めること、を特徴とする。

本発明の鉄道車両は、上記構成を有することにより次のような作用・効果を奏する。
（１）先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、妻柱は、台枠を構成する端バリに対してエネルギ吸収部材を介して付設されていること、を特徴とするので、鉄道車両と大型トラックが衝突した場合に、妻柱に作用する衝突エネルギを、妻柱と台枠の端バリとの間に設けられたエネルギ吸収部材が塑性変形することにより吸収するため、妻柱が台枠の端バリから離脱されることがなく、妻柱が鉄道車両内部に侵入することを少なくでき、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。

（２）（１）に記載する鉄道車両において、エネルギ吸収部材が、一対のねじり鋼管であること、を特徴とするので、妻柱の両側にねじり鋼管を溶接接合するだけで、ねじり鋼管が塑性変形することにより衝突エネルギを吸収することができるため、製造が容易であり、コストダウンすることができる。

（３）（１）に記載する鉄道車両において、エネルギ吸収部材が、二重構造のねじり鋼管であって、内側固定軸と中空状の一対の外側ねじり鋼管を備えること、内側固定軸の両端が端バリに固定され、外側ねじり鋼管の一端が端バリに固定されていること、外側ねじり鋼管の他端が、妻柱に固定されていること、妻柱の内側に、固定鋼管が固定されていること、固定鋼管の内周に内周ストッパが備えられ、内側固定軸の外周に外周ストッパが備えられおり、外側ねじり鋼管が所定角度回転したときに、内周ストッパと外周ストッパが当接して、外周ねじり鋼管の回転を止めること、を特徴とするので、妻柱に作用する衝突力が大きすぎるときに、妻柱の回転がストッパにより止められるため、妻柱が所定量を越えて鉄道車両内部に侵入することを防止することができ、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。ここで、内周ストッパが固定鋼管の内周に設けられているので、衝突時に固定鋼管はねじり変形しないため、ストッパ同士が安定して作用することができる。

（ａ）は、妻柱１１を、台枠１０を構成する端バリ１３に固定する構造の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であり、（ｃ）は（ａ）の正面図である。 妻柱１１に衝突荷重Ｆが生じて妻柱１１が角度θだけ変位した状態を示す図である。 （ａ）は、妻柱１１を、台枠１０を構成する端バリ１３に固定する構造の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢＢ断面図である。 図３（ａ）のＡＡ断面図である。 第２の実施形態の妻柱１１に衝突荷重Ｆが生じて妻柱１１が角度θだけ変位した状態を示す図である。 （ａ）は、鉄道車両２０を前面から視た図であり、（ｂ）は鉄道車両２０の側面図である。 前面妻構体２１と、屋根構体２４と、台枠１０を分離した形で示す図である。 前面妻構体２１を構成する６本の妻柱１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを示す図である。 従来の妻構体の下端の一般的な固定方法を示す図である。 鉄道車両が大型トラックに衝突した場合に、衝突力が直接、妻柱の台枠より上の部分にかかることを示す図である。

本発明の実施形態であり、先頭車両である鉄道車両２０について、図面を参照しながら詳細に説明する。図６の（ａ）に、鉄道車両２０を前面から視た図を示し、（ｂ）に鉄道車両２０の側面図を示す。鉄道車両２０は、車体２５の下面に一対の台車２２、２３が取り付けられている。図７に、前面妻構体２１と、屋根構体２４と、台枠１０を分離した形で示す。
図８に、前面妻構体２１を構成する６本の妻柱１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを示す。６本の妻柱１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆの下端部は、台枠１０に固定されている。妻柱１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｆは、上端が屋根構体２４に固定されている。妻柱１１Ｂ、１１Ｅは、上端が窓枠を構成する図示しない水平部材に固定されている。

次に、本発明の特徴である妻柱１１を台枠１０に固定する構造について説明する。図１（ａ）に、妻柱１１を、台枠１０の一部を構成する端バリ１３に固定する構造の正面図を示し、（ｂ）に（ａ）の右側面図を示し、（ｃ）に（ａ）の平面図を示す。
台枠１０の一部を構成する一対の端バリ１３の内面に、一対のねじり鋼管１２の一端が固定されている。ねじり鋼管１２の端バリ１３への固定方法は、端バリ１３に開先を設けてしっかり溶接する方法、ボルト締結する方法、リベット締結する方法等強い締結力を保持できる固定構造とする。全体を３Ｄプリンタで成形することも考えられる。

ねじり鋼管１２としては、中空円空断面鋼管、中空楕円断面鋼管、中空四角形断面鋼管、溝形鋼、Ｈ型鋼等が考えられるが、本実施形態では、中空円空断面鋼管を使用している。ねじり鋼管１２の直径は、９０ｍｍの円管を使用している。端バリ１３は、９０ｍｍ角の鋼材である。
また、妻柱１１としては、本実施形態では、溝形鋼を使用している。すなわち、妻柱１１は、図１（ｃ）に示すように、底板１１ｂと両端の側板１１ａ、１１ｃより構成されている。妻柱１１の溝型鋼の開口部が鉄道車両の前面に位置するように配置している。
一対のねじり鋼管１２の他端は、妻柱１１の側板１１ａ、１１ｃに固定されている。この固定構造は、側板１１ａ、１１ｃに開先を設けてしっかり溶接する方法、ボルト締結する方法、リベット締結する方法等強い締結力を保持できる固定構造とする。

図２に、妻柱１１に衝突荷重Ｆ（本実施形態では、１０００ｋＮを想定している。）が生じて妻柱１１が角度θだけ変位した状態を示す。このとき、一対のねじり鋼管１２が円周方向にねじり塑性変形している。このねじり塑性変形により、衝突荷重Ｆにより生じた回転モーメントによる力をねじり鋼管１２が、ねじり塑性変形として衝撃エネルギを吸収しているのである。これにより、妻柱１１は、角度θだけの変形で済んでいるのである。具体的には、妻柱１１は、図２の衝突荷重Ｆの加わった付近で運転席側に２００ｍｍ程度侵入している。
しかし、この程度の妻柱１１の変形で済んでいるため、運転士の安全が確保できるのである。

以上説明したように、本実施形態の鉄道車両２０によれば、（１）先頭車両の前面妻構体２１を構成するものであって、一端が台枠１０の一部を構成する端バリ１３に固定された妻柱１１を有する鉄道車両２０において、妻柱１１は、台枠１０を構成する端バリ１３に対してエネルギ吸収部材を介して付設されていること、を特徴とするので、鉄道車両２０と大型トラックが衝突した場合に、妻柱１１に作用する衝突エネルギを、妻柱１１と台枠１０の端バリ１３との間に設けられたエネルギ吸収部材（ねじり鋼管１２）がねじり塑性変形することにより吸収するため、妻柱１１が台枠１０の端バリ１３から離脱されることがなく、妻柱１１が鉄道車両２０内部に侵入することを少なくでき、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。

（２）（１）に記載する鉄道車両２０において、エネルギ吸収部材が、一対のねじり鋼管１２であること、を特徴とするので、妻柱１１の両側（側板１１ａ、１１ｃ）に一対のねじり鋼管１２を溶接接合等するだけで、一対のねじり鋼管１２がねじり塑性変形することにより衝突エネルギを吸収することができるため、製造が容易であり、コストダウンすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同じ内容については、図面上同じ符号を付して詳細な説明を割愛し、相違する点のみ詳細に説明する。
図３（ａ）に、妻柱１１を、台枠１０の一部を構成する端バリ１３に固定する構造の正面図を示し、（ａ）に（ｂ）の右側面図を示し、（ｃ）に（ａ）のＢＢ断面図を示す。
一対の端バリ１３の内面に、一対のねじり鋼管１２の一端が固定されている。妻柱１１は、図３（ｃ）に示すように、底板１１ｂと両端の側板１１ａ、１１ｃより構成されている。妻柱１１の溝型鋼の開口部が鉄道車両の前面に位置するように配置している。一対のねじり鋼管１２の他端は、妻柱１１の側板１１ａ、１１ｃに固定されている。

第２の実施形態では、内側固定軸１４がその両端で、一対の端バリ１３の端面に固定されている。妻柱１１の一対の側板１１ａ、１１ｃには、内側固定軸１４を貫通させるための一対の貫通穴１１ｄが形成されている。また、妻柱１１の一対の側板１１ａ、１１ｃの内側面に、中空状の固定鋼管１５の両端が溶接等により固定されている。
図４に、図３（ａ）のＡＡ断面図を示す。図３（ｃ）では記載を省略しているが、内側固定軸１４の外周には、内側固定軸１４の軸心に沿って、外周ストッパ１４ａが溶接等で固定されている。また、固定鋼管１５の内周には、固定鋼管１５の軸心に沿って、内周ストッパ１５ａが溶接等により固定されている。図４の通常の状態では、外周ストッパ１４ａと内周ストッパ１５ａとは、所定角度θ１（θ１＞θ２）だけ離間した位置関係にある。

図５に、妻柱１１に衝突荷重Ｆ（本実施形態では、１０００ｋＮを想定している。）が生じて妻柱１１が角度θ２（＝θ）だけ変位した状態を示す。このとき、一対のねじり鋼管１２が円周方向にねじり塑性変形している。このねじり塑性変形により、衝突荷重Ｆにより生じた回転モーメントによる力をねじり鋼管１２が、ねじり塑性変形として衝撃エネルギを吸収しているのである。これにより、妻柱１１は、角度θ２（＝θ）だけの変形で済んでいるのである。具体的には、妻柱１１は、図５の衝突荷重Ｆの加わった付近で運転席側に２００ｍｍ程度侵入している。
しかし、この程度の妻柱１１の変形で済んでいるため、運転士の安全が確保できる。

図５の状態が図２の状態と異なっている点は、外周ストッパ１４ａと内周ストッパ１５ａとが当接している点である。衝突荷重Ｆが想定していた以上大きかった場合に、第１の実施形態では、さらに角度θが大きくなり、ねじり鋼管１２が破断される可能性がある。
第２の実施形態では、衝突荷重Ｆが想定していた以上大きかった場合には、衝突荷重Ｆのねじり鋼管１２のねじり塑性変形で消費されたエネルギを越えるエネルギは、外周ストッパ１４ａと内周ストッパ１５ａとが当接することにより吸収されるので、衝突荷重Ｆが想定していた以上大きかった場合であっても、妻柱１１が角度θ２（＝θ）以上変形することがなく、運転士の安全が確保できる。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、（３）（１）に記載する鉄道車両２０において、エネルギ吸収部材が、二重構造のねじり鋼管であって、内側固定軸１４と中空状の一対の外側ねじり鋼管（ねじり鋼管１２）を備えること、内側固定軸１４の両端が端バリ１３に固定され、ねじり鋼管１２の一端が端バリ１３に固定されていること、ねじり鋼管１２の他端が、妻柱１１に固定されていること、妻柱１１の内側に、固定鋼管１５が固定されていること、固定鋼管１５の内周に内周ストッパ１５ａが備えられ、内側固定軸１４の外周に外周ストッパ１４ａが備えられおり、ねじり鋼管１２が所定角度θ回転したときに、内周ストッパ１５ａと外周ストッパ１４ａが当接して、ねじり鋼管１２の回転を止めること、を特徴とするので、妻柱１１に作用する衝突荷重Ｆが想定した場合よりも大きすぎるときに、妻柱１１の回転が内周ストッパ１５ａと外周ストッパ１４ａの当接により止められるため、妻柱１１が所定量を越えて鉄道車両２０内部に侵入することを防止することができ、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。ここで、内周ストッパ１５ａが固定鋼管１５の内周に設けられているので、衝突時に固定鋼管１５はねじり変形しないため、内周ストッパ１５ａと外周ストッパ１４ａとが安定して作用することができる。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施例では、ねじり鋼管１２として単管タイプを使用しているが、二重管タイプのねじり鋼管を使用しても良い。

１０ 台枠
１１ 妻柱
１２ ねじり鋼管
１３ 端バリ
１４ 内側固定軸
１４ａ 外周ストッパ
１５ 固定鋼管
１５ａ 内周ストッパ
２０ 鉄道車両
２１ 前面妻構体
２２ 台車
２５ 車体

Claims (3)

1. 先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、
   前記妻柱は、前記台枠を構成する端バリに対してエネルギ吸収部材を介して付設されていること、
   前記エネルギ吸収部材が、ねじり鋼管であること、
   前記ねじり鋼管は、一端が前記端バリに固定され、他端が、前記妻柱に固定されていること、
   前記ねじり鋼管が、ねじり鋼管ストッパを備えること、
   前記ねじり鋼管が、所定角度回転したときに、前記ねじり鋼管ストッパと当接することにより、
   前記ねじり鋼管の回転を止める固定ストッパを有すること、
   を特徴とする鉄道車両。
2. 先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、
   前記妻柱は、前記台枠を構成する端バリに対してエネルギ吸収部材を介して付設されていること、
   前記エネルギ吸収部材が、二重構造のねじり鋼管であって、内側固定軸と中空状の一対の外側ねじり鋼管を備えること、
   前記内側固定軸の両端が前記端バリに固定され、前記外側ねじり鋼管の一端が前記端バリに固定されていること、
   前記外側ねじり鋼管の他端が、前記妻柱に固定されていること、
   前記妻柱の内側に、固定鋼管が固定されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記固定鋼管の内周に内周ストッパが備えられ、前記内側固定軸の外周に外周ストッパが備えられており、前記外側ねじり鋼管が所定角度回転したときに、前記内周ストッパと前記外周ストッパが当接して、前記外周ねじり鋼管の回転を止めること、
   を特徴とする鉄道車両。

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