JP7315423B2

JP7315423B2 - 軌条車両

Info

Publication number: JP7315423B2
Application number: JP2019170409A
Authority: JP
Inventors: 貴裕眺野; 庸介森田; 亮次小嶋; 大貴谷川; 源太山内; 正志兜森; 正浩菅沢; 有哉二村; 悠介原; 直樹岡本
Original assignee: Hitachi Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Hitachi Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: JP2021046117A

Description

本発明は、軌条車両に関する。

敷設された軌道に沿って運行される軌条車両の内、比較的速い営業速度で走行する鉄道車両等は、構体底部と、構体底部の幅方向の両端部に立設される側構体と、構体底部の長手方向の両端部に立設される妻構体と、側構体および妻構体の上端部に載置される屋根構体と、からなる６面体の軌条車両構体を有する。

軌条車両構体をなす構体底部から高さ方向に、乗客等が軌条車両に乗降する際に供されるホーム高さとほぼ同じ高さ床板が備えられる。この床板は幅方向に沿って一対の側構体を接続する態様で備えられる複数の横梁の上面に敷設される。特許文献１に、同様の軌条車両構体を有する高速鉄道車両が開示されている。

特許第４９１２０１２号公報

高速走行する鉄道車両等に用いられる軌条車両構体は、軌条車両構体の長手方向の両端部を走行可能に支持する台車や、軌条車両構体の周囲を流れる空気などにより、広い周波数帯域において加振される。従来、一対の側構体をその幅方向に沿って接続する複数の横梁と、この横梁の上面に載置される床部と、を有する軌条車両構体が加振された際に、特に乗り心地評価への寄与が大きい周波数帯において、座席等が置かれる床部が局所的に大きく振動して快適性が損なわれる場合があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、高速で走行する場合であっても、快適性を維持できる軌条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、代表的な本発明にかかる軌条車両の一つは、構体底部と、前記構体部の幅方向の両端部に立設される側構体と、前記側構体の上端部に載置される屋根構体と、を有する軌条車両において、前記側構体の車内側に固定される横梁受部と、前記横梁受部に固定される横梁と、を有し、前記横梁は、上板と、前記上板と対をなす下板と、前記上板と前記下板とを接続する接続板と、からなるＩ型断面形状であり、前記上板の前記幅方向の寸法は、前記下板および前記接続板の前記幅方向の寸法より大きく、前記横梁受部は、上板部と、前記上板部と対をなす下板部と、前記上板部と前記下板部とを接続する背板と、前記上板部および前記下板部および前記背板に接続する一対の側板と、を有する略箱型の形態であり、前記背板から前記下板部の前記幅方向の端部までの寸法は、前記背板から前記上板部の前記幅方向の端部までの寸法より大きい、ことにより達成される。

本発明によれば、高速で走行する場合であっても、快適性を維持できる軌条車両を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、鉄道車両の側面図である。図２は、鉄道車両の長手方向に交差する断面図（図１のＡ－Ａ断面）である。図３は、鉄道車両の側構体と横梁との接続部の拡大図（図２のＢ部）である。図４は、鉄道車両の側構体下端部の車内側面板に固定される横梁受部の斜視図である。図５は、鉄道車両の構体に備えられる横梁のＹ方向の端部の斜視図である。図６は、鉄道車両の上床の幅方向中央部の上下振動加速度応答を示す模式図である。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態を説明する。まず、説明に供する各方向を定義する。軌条車両の長手方向またはレール方向をＸ方向、軌条車両の幅方向または枕木方向をＹ方向、軌条車両の高さ方向をＺ方向とし、以下、単にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と記す。

軌条車両は、敷設される軌道に沿って運行される車両であり、鉄道車両、モノレール車両、路面電車、新交通車両等を含む。軌条車両の代表例として、鉄道車両を取り上げて本発明の実施の形態を説明する。

図１は鉄道車両の側面図であり、図２は鉄道車両の長手方向に交差する断面図（図１のＡ－Ａ断面）である。鉄道車両１は、６面体をなす構体３を有しており、構体３のＹ方向の両端部は、軌道（レール）９０の上を転動する車輪を有する台車２に支持される。

構体３は、構体底部７と、構体底部７のＹ方向の両端部に立設される側構体６と、構体底部７の長手方向の両端部に立設される妻構体８と、側構体６および妻構体８の上端部に載置される屋根構体５と、からなる６面体である。妻構体８にほぼ平行に、デッキ部と座席のある客室部とを仕切る仕切り壁９が備えられ、仕切り壁９には乗客等の移動に供される仕切り扉７６が備えられる。

構体３は、プラットホーム９２の高さとほぼ同じ高さ位置で、Ｙ方向に沿って延在し一対の側構体６を接続するとともに、Ｘ方向に沿って離散的に備えられる複数の横梁１２を有する。横梁１２の上面に上床７２を備え、上床７２の上面に座席７０等が載置される。側構体６のうち、横梁１２（上床７２）よりＺ方向の下方の部分を側構体下端部６ａと称する。

構体底部７と、側構体下端部６ａと、横梁１２を含む上床７２と、で囲まれる領域に、主回路機器や補助電源装置、空気圧縮機等の各種電気品が備えられる。また、構体３は、横梁１２と側構体６との接続部と、構体底部７と、を接続し、約４５°の角度でＹ－Ｚ面内で傾斜しつつ延在する斜め梁１８を備える。複数の斜め梁１８は、横梁１２と同様に、Ｘ方向に沿って離散的に備えられる。

図３は、鉄道車両の側構体と横梁との接続部の拡大図（図２のＢ部）である。側構体６は、並行する車内側面板１０ａと車外側面板１０ｂと、これらを接続する接続リブ１０Ｌとからなるとともに、Ｘ方向に沿って一体に押し出し成形された中空押し出し形材からなる。カーテンレール状のＣ型チャンネル部１０ｃが、車内側面板１０ａと一体に押し出し成形で備えられる。

略箱状の横梁受部１５は、その背板１５ｄ（図４参照）に挿通したボルト１７ａ（図３参照）により、Ｘ方向に位置調整可能にＣ型チャンネル部１０ｃに固定される。

横梁１２は、上板１２ａと、上板１２ａと対をなす下板１２ｂと、上板１２ａと下板１２ｂとを接続する接続板１２ｃとからなる。横梁１２は、車内側面板１０ａに固定される横梁受部１５を介して、側構体下端部６ａと接続される。

図４は、鉄道車両の側構体下端部の車内側面板に固定される横梁受部の斜視図である。横梁受部１５は、側構体下端部６ａの車内側面板１０ａに備えられるＣ型チャンネル部１０ｃにボルトで締結される背板１５ｄと、背板１５ｄの上端部から水平方向に延伸する上板部１５ａと、背板１５ｄの下端部から水平方向に延伸する下板部１５ｂと、上板部１５ａおよび背板１５ｄおよび下板部１５ｂのＸ方向の両端部に接続される五角形状である一対の側板１５ｃと、から構成される。背板１５ｄは、Ｘ方向に見て「く」字状に折れ曲がっている。図４に示すように背板１５ｄの下部に矩形状の開口を設けて、剛性の調整を行ってもよい。

上板部１５ａと下板部１５ｂ、および、一対の側板１５ｃは、各々ほぼ平行に備えられる。背板１５ｄを基準として、下板部１５ｂは上板部１５ａよりもＹ方向の側（横梁１２のＹ方向の中央部寄り）に位置する。つまり、背板１５ｄから上板部１５ａのＹ方向の端部（縁）までの寸法Ｗ２より、背板１５ｄから下板部１５ｂのＹ方向の端部（縁）までの最大寸法Ｗ３の方を大きく設定してある。背板１５ｄ、上板部１５ａおよび下板部１５ｂには、後述する横梁１２の端部を接続するときに供されるボルトが貫通する孔を備える。また、上板部１５ａの下面と、下板部１５ｂの上面との距離をＨ５とする。

図５は、鉄道車両の構体に備えられる横梁のＹ方向の端部の斜視図である。横梁１２は、Ｚ方向に隔置される上板１２ａと下板１２ｂと、これら両板を中央で接続する接続板１２ｃとからなるＩ型断面を有する部材である。横梁受部１５に接続される横梁１２のＹ方向の端部は、上板１２ａのＹ方向の端部（縁）が下板１２ｂのＹ方向の端部（縁）よりもＹ方向に寸法Ｗ１だけ突き出した態様に加工される。接続板１２ｃには必要に応じて軽量化のための開口部が設けられる。上板１２ａの下面と、下板１２ｂの下面との距離をＨ２としたとき、Ｈ５≒Ｈ２である。

図３を参照して、横梁１２を横梁受部１５に固定する手順を説明する。まず、側構体下端部６ａの車内側面板１０ａのＣ型チャンネル部１０ｃに対し、ボルト１７ａのねじ軸を溝から外方へと突き出すようにしながら、その頭部をスライドさせつつ内挿する。その後、Ｃ型チャンネル部１０ｃに横梁受部１５を接近させ、ボルト１７ａのねじ軸を背板１５ｄの孔に挿通する。更に横梁受部１５の内部に突出したねじ軸にナットを螺合させて工具で締め上げることにより、横梁受部１５を車内側面板１０ａに固定する。

次に、横梁１２を横梁受部１５のＺ方向上方から下方へ向けて下降させ、横梁１２のＹ方向の端部の下板１２ｂを横梁受部１５の下板部１５ｂの上面に載置するともに、横梁１２の上板１２ａを横梁受部１５の上板部１５ａの上面に載置した後、それぞれ機械的締結手段であるボルト１７ｂを用いて横梁１２を横梁受部１５に締結する。このとき、横梁１２の接続板１２ｃのＹ方向の端部と横梁受部１５の背板１５ｄとの間に、寸法Ｙ１の空間が形成されており、接続板１２ｃは横梁受部１５を構成するいずれの板部にも締結されない。

図６は、鉄道車両の上床の幅方向中央部の上下振動加速度応答を示す模式図である。この模式図は、乗り心地を評価する振動加速度の評価点を上床７２の幅方向の中央部のＥ点（図２参照）とし、横軸の周波数（Ｈｚ）に対応する上下方向の振動加速度（ｍ/ｓ²）を縦軸に示した図である。実線は本実施形態による軌条車両の上床の振動加速度スペクトルであり、点線は従来の軌条車両の上床の振動加速度スペクトルである。

従来、Ｉ型断面の横梁は、横梁受部に横梁をなす上板と下板と接続板のそれぞれを剛的に締結した後、横梁を備える横梁受部を側構体下端部にボルトで固定する構造であった。軌条車両の構体は、乗客等が振動を感じやすい周波数帯域Ｆ（図６参照）において、側構体下端部の上端部に接続する側構体の中央部がＹ方向に振動する樽型の振動モードを有する。側構体が樽型の振動モードで振動すると、横梁を側構体下端部に接続する横梁受部に、の曲げモーメント荷重が作用する。この結果、横梁の幅方向の両端部にＹ－Ｚ平面内の曲げモーメントが作用して、横梁の幅方向の中央部が上下に振動しやすい傾向があった。

本実施形態では、横梁１２と横梁受部１５とは、横梁１２の上板１２ａと下板１２ｂのみが横梁受部１５の上板部１５ａと下板部１５ｂとに接続しており、横梁１２の接続板１２ｃは横梁受部１５の背板１５ｄに接続しておらず、接続板１２ｃと背板１５ｄとの間に寸法Ｙ１の空隙を有する構成である。
さらに、この構成は、横梁受部１５と横梁１２の接続部に寸法Ｙ１の空隙を備えることによって、接続部の剛性を調整しており、横梁受部１５と横梁１２の接続部が過度に高い剛性を有することと剛性の急変を抑制している。

従来の構成であれば、構体３をなす側構体６が樽型のモードで振動して、側構体６に接続する側構体下端部６ａに固定される横梁受部１５にＹ－Ｚ面内の曲げモーメントが作用する場合、横梁１２のＹ方向の両端部に生じる曲げモーメントによって、Ｙ方向の中央部の横梁１２に上方圧縮（－Ｚ方向に凸）の変形に続いて、Ｙ方向の中央部の横梁１２に下方圧縮（＋Ｚ方向に凸）の変形が交互に生じるため、周波数ｆ１において横梁１２のＹ方向の中央部の振幅が低減されなかった。
これに対して、本実施形態の構成によれば、Ｙ方向の中央部の横梁１２に上方圧縮（－Ｚ方向に凸）の変形に続いて生じる下方圧縮（＋Ｚ方向に凸）の変形を抑制する（打ち消す）変形が励起されるため、横梁１２のＹ方向の中央部の振動が抑制されて、一般的に乗客の感度の高い周波数ｆ１における振幅を効果的に低減できる。
さらに、この構成によって、周波数ｆ１より高い周波数帯域において、横梁受部１５に生じた曲げモーメントの横梁１２の端部への伝達が緩和されるので、横梁１２の幅方向の中央部の上下方向の振動が抑制される。そのため、横梁１２に支持される上床７２の上下方向の振動が抑制されるので、快適な乗り心地を備える軌条車両を提供することができる。

さらに、本実施形態のＩ型断面を有する横梁１２のＹ方向の端部の形状を、上板１２ａのＹ方向の端部（縁）が下板１２ｂのＹ方向の端部（縁）よりもＹ方向に寸法Ｗ１だけ突き出す形状とするとともに、本実施形態の横梁受部１５の形状を、背板１５ｄから上板部１５ａのＹ方向の端部（縁）までの寸法Ｗ２より、背板１５ｄから下板部１５ｂのＹ方向の端部（縁）までの最大寸法Ｗ３の方を大きく設定した形状としている。

この構成によって、まず比較的軽量の横梁受部１５を、側構体下端部６ａの車内側面板１０ａに備えられるＣ型チャンネル部１０ｃに容易に位置決めして固定できる。その後、側構体下端部６ａに固定された横梁受部１５の上方から、比較的大重量の横梁１２を側方にスライドさせることなく、まっすぐ下降させて、横梁受部１５に載置した後、ボルト１７ｂで横梁１２を横梁受部１５に締結できるので、作業効率を高めるとともに作業工数を小さくできる。

なお、本発明は上記した実施の形態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、上記した実施の形態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、ある実施の形態における構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

Ｅ…振動加速度評価点、Ｆ…乗り心地評価へ寄与が大きい周波数帯域、
１…鉄道車両、２…台車、
３…構体、５…屋根構体、
６…側構体、６ａ…側構体下端部、
７…構体底部、８…妻構体、
１０ａ…車内側面板、１０ｂ…車外側面板、
１０Ｌ…接続リブ、１０ｃ…Ｃ型チャンネル部、
１２…横梁、１２ａ…上板、
１２ｂ…下板、１２ｃ…接続板、
１５…横梁受部、１５ａ…上板部、
１５ｂ…下板部、１５ｃ…側板、
１５ｄ…背板、１７ａ，１７ｂ…ボルト、
１８…斜め梁、７０…座席、
７２…上床、７４…客室仕切り壁、
７６…仕切り扉、９０…軌道、
９２…プラットホーム、
Ｘ…長手方向（レール方向）、Ｙ…幅方向（枕木方向）、
Ｚ…高さ方向

Claims

構体底部と、前記構体底部の幅方向の両端部に立設される側構体と、前記側構体の上端部に載置される屋根構体と、を有する軌条車両において、
前記側構体の車内側に固定される横梁受部と、
前記横梁受部に固定される横梁と、を有し、
前記横梁は、上板と、前記上板と対をなす下板と、前記上板と前記下板とを接続する接続板と、からなるＩ型断面形状であり、
前記上板の前記幅方向の寸法は、前記下板および前記接続板の前記幅方向の寸法より大きく、
前記横梁受部は、上板部と、前記上板部と対をなす下板部と、前記上板部と前記下板部とを接続する背板と、前記上板部および前記下板部および前記背板に接続する一対の側板と、を有する略箱型の形態であり、
前記背板から前記下板部の前記幅方向の端部までの寸法は、前記背板から前記上板部の前記幅方向の端部までの寸法より大きい、
ことを特徴とする軌条車両。
請求項１に記載される軌条車両において、
前記横梁の前記上板と前記横梁受部の前記上板部と、前記横梁の前記下板と前記横梁受部の前記下板部と、が機械的締結手段によって締結されており、
前記接続板の前記幅方向の端部と前記横梁受部の前記背板との間には、空間が設けられる、
ことを特徴とする軌条車両。