JPH06239230A - 鉄道車両用空気ばね装置 - Google Patents
鉄道車両用空気ばね装置Info
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- JPH06239230A JPH06239230A JP5050097A JP5009793A JPH06239230A JP H06239230 A JPH06239230 A JP H06239230A JP 5050097 A JP5050097 A JP 5050097A JP 5009793 A JP5009793 A JP 5009793A JP H06239230 A JPH06239230 A JP H06239230A
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- Japan
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- air spring
- vibration
- throttle
- air
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
- F16F15/0232—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means with at least one gas spring
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 絞りの大きさを振動によって連続的に変化さ
せ、常に優れた制振効果を発揮しうる鉄道車両の空気ば
ね装置を提供する。 【構成】 鉄道車両の二次ばねとして使用される空気ば
ね３で、空気ばね本体と補助空気室との間を絞りにより
連通した装置において、絞りの大きさが連続的に変化す
る可変絞り機構８で構成する。 【効果】 スカイフックダンパ理論による最適な減衰力
を連続的に得ることができ、エネルギー消費の少ない比
較的簡略な機構により、鉄道車両における車体の上下振
動を効率よく抑制することができる。
せ、常に優れた制振効果を発揮しうる鉄道車両の空気ば
ね装置を提供する。 【構成】 鉄道車両の二次ばねとして使用される空気ば
ね３で、空気ばね本体と補助空気室との間を絞りにより
連通した装置において、絞りの大きさが連続的に変化す
る可変絞り機構８で構成する。 【効果】 スカイフックダンパ理論による最適な減衰力
を連続的に得ることができ、エネルギー消費の少ない比
較的簡略な機構により、鉄道車両における車体の上下振
動を効率よく抑制することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、可変絞り機構を有す
る鉄道車両用空気ばね装置の改良に関する。
る鉄道車両用空気ばね装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車両のサスペンションは、図７に示
すように、一次ばねとして台車枠２と軸箱２４との間に
コイルばねやゴムばね等を用いた軸ばね４、二次ばねと
して車体１と台車枠２との間に空気ばね３が使用される
ことが多い。空気ばねは、内容積や空気圧等の調整によ
って、ばねとしての強さを適切に設定できるが、通常柔
らかいばねとするため枕梁等を中空にして左右２つの補
助空気室を作り、それぞれの補助空気室２１は図８に示
すように、左右の空気ばねの空気ばね本体２０と絞り１
９を介して連通している。また、荷重変動に対応して、
圧縮空気量を自動的に調整して、車体の高さを一定に保
つためにリンクとレベリングバルブからなる自動高さ調
整機構を備えている。上記の構成により、ばねを柔らか
くできると共に、振動の減衰機能が与えられ、その結果
乗り心地の向上と機構の簡素化が果たされている。
すように、一次ばねとして台車枠２と軸箱２４との間に
コイルばねやゴムばね等を用いた軸ばね４、二次ばねと
して車体１と台車枠２との間に空気ばね３が使用される
ことが多い。空気ばねは、内容積や空気圧等の調整によ
って、ばねとしての強さを適切に設定できるが、通常柔
らかいばねとするため枕梁等を中空にして左右２つの補
助空気室を作り、それぞれの補助空気室２１は図８に示
すように、左右の空気ばねの空気ばね本体２０と絞り１
９を介して連通している。また、荷重変動に対応して、
圧縮空気量を自動的に調整して、車体の高さを一定に保
つためにリンクとレベリングバルブからなる自動高さ調
整機構を備えている。上記の構成により、ばねを柔らか
くできると共に、振動の減衰機能が与えられ、その結果
乗り心地の向上と機構の簡素化が果たされている。
【０００３】このような空気ばねは、その空気ばね本体
および補助空気室の容量、本体の面積や絞りの大きさに
よって、ばね特性を設計できる。しかし、その絞りの大
きさは固定しており、図１０に示すように、絞りの前後
の圧力差、すなわち振動の振幅によってその減衰作用が
大きく変わり、最適設計ができないという問題点と共
に、減衰係数に周波数特性があり、ロール等の低周波で
は絶縁不良を起こす欠点があった。
および補助空気室の容量、本体の面積や絞りの大きさに
よって、ばね特性を設計できる。しかし、その絞りの大
きさは固定しており、図１０に示すように、絞りの前後
の圧力差、すなわち振動の振幅によってその減衰作用が
大きく変わり、最適設計ができないという問題点と共
に、減衰係数に周波数特性があり、ロール等の低周波で
は絶縁不良を起こす欠点があった。
【０００４】そこで、上記の欠点を除くため、最近可変
絞り機構が開発された（例えば日本機械学会編「日本機
械学会論文集（Ｃ編）」４９巻４３９号Ｐ４１０〜４１
５、昭５８−３を参照）。これは図９に示すように、空
気ばね本体と補助空気室との隔壁２３に設けた２つの絞
り孔２５に対し、それぞれ逆向きの板弁式絞り２２を設
けてなり、空気ばね本体と補助空気室との圧力差によっ
て、絞りの大きさを変えられるようになっている。これ
により、振動の振幅による応答の差は小さくなり、最適
設計を行いやすくなった。
絞り機構が開発された（例えば日本機械学会編「日本機
械学会論文集（Ｃ編）」４９巻４３９号Ｐ４１０〜４１
５、昭５８−３を参照）。これは図９に示すように、空
気ばね本体と補助空気室との隔壁２３に設けた２つの絞
り孔２５に対し、それぞれ逆向きの板弁式絞り２２を設
けてなり、空気ばね本体と補助空気室との圧力差によっ
て、絞りの大きさを変えられるようになっている。これ
により、振動の振幅による応答の差は小さくなり、最適
設計を行いやすくなった。
【０００５】上記可変絞り機構の開発により、振動の振
幅依存性は小さくはなったが、絞りによる減衰効果に
は、従来の固定絞りに比べ大きな差は認められない。ま
た、他の制振方法として、流体作動機構を空気ばねに並
列して設け、流出入する流体量を制御し、車体の振動を
低減するいわゆるアクティブサスペンションによる方法
もあるが、流体作動機構のために流体エネルギーが必要
であり、エネルギーの消費が増大する欠点がある。
幅依存性は小さくはなったが、絞りによる減衰効果に
は、従来の固定絞りに比べ大きな差は認められない。ま
た、他の制振方法として、流体作動機構を空気ばねに並
列して設け、流出入する流体量を制御し、車体の振動を
低減するいわゆるアクティブサスペンションによる方法
もあるが、流体作動機構のために流体エネルギーが必要
であり、エネルギーの消費が増大する欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の空気ばねの減衰
力の考え方は、車体と台車間にある空気ばねが伸縮し、
それによって空気ばね本体と補助空気室との間の絞りを
空気が通過することによって発生するもので、台車と車
体間の相対振動速度に比例した力を発生するものであっ
た。しかし、これによると、振動成分は減衰されるが、
図１１に示すように、高周波で悪化するという問題があ
った。
力の考え方は、車体と台車間にある空気ばねが伸縮し、
それによって空気ばね本体と補助空気室との間の絞りを
空気が通過することによって発生するもので、台車と車
体間の相対振動速度に比例した力を発生するものであっ
た。しかし、これによると、振動成分は減衰されるが、
図１１に示すように、高周波で悪化するという問題があ
った。
【０００７】この発明は、かかる現状を打破するため、
従来の固定絞りの考え方を延長したものではなく、また
他に制振装置を設けることもなく、絞りの大きさを振動
によって変化させることにより、その時々の最適な減衰
力を確保し、固定絞り以上の優れた制振効果を発揮しう
る鉄道車両の空気ばね装置を提供するものである。
従来の固定絞りの考え方を延長したものではなく、また
他に制振装置を設けることもなく、絞りの大きさを振動
によって変化させることにより、その時々の最適な減衰
力を確保し、固定絞り以上の優れた制振効果を発揮しう
る鉄道車両の空気ばね装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の鉄道車両の空気ばね装置は、鉄道車両の
二次ばねとして使用される空気ばねで、空気ばね本体と
補助空気室との間を絞りにより連通した装置において、
絞りの大きさが連続的に変化する可変絞り機構で構成す
る。
め、この発明の鉄道車両の空気ばね装置は、鉄道車両の
二次ばねとして使用される空気ばねで、空気ばね本体と
補助空気室との間を絞りにより連通した装置において、
絞りの大きさが連続的に変化する可変絞り機構で構成す
る。
【０００９】また、絞りの大きさが連続的に変化する可
変絞りに、車体の振動をセンサ等で検知し、その振動速
度に比例した減衰力が得られるように絞り制御機構を設
ける。
変絞りに、車体の振動をセンサ等で検知し、その振動速
度に比例した減衰力が得られるように絞り制御機構を設
ける。
【００１０】
【作用】鉄道車両の振動制御を理想的に行うには、車体
の振動速度に比例した減衰力を発生させることが望まし
い。これによれば図１２に示すように、高周波を悪化さ
せることなく、低周波も減衰させることができる。この
考え方は、スカイフックダンパといわれている。この方
式は、従来の受動的な機構では実現が困難であり、セン
サ等で車体の振動を検知し、車体の振動速度を演算し、
それに比例した減衰力が発生するように、絞りの大きさ
を制御することによって実現される。すなわち、この発
明はこの考え方に基づくものである。
の振動速度に比例した減衰力を発生させることが望まし
い。これによれば図１２に示すように、高周波を悪化さ
せることなく、低周波も減衰させることができる。この
考え方は、スカイフックダンパといわれている。この方
式は、従来の受動的な機構では実現が困難であり、セン
サ等で車体の振動を検知し、車体の振動速度を演算し、
それに比例した減衰力が発生するように、絞りの大きさ
を制御することによって実現される。すなわち、この発
明はこの考え方に基づくものである。
【００１１】図１に示すように、車体１の床面上に上下
振動加速度計５を、車体と台車間に高さセンサ７をそれ
ぞれ設け、それらの検知信号を制御器６に入力し、スカ
イフックダンパの理論により車体の上下振動速度に比例
した減衰力を発生させるために、可変絞り機構８に制御
信号を入力する。
振動加速度計５を、車体と台車間に高さセンサ７をそれ
ぞれ設け、それらの検知信号を制御器６に入力し、スカ
イフックダンパの理論により車体の上下振動速度に比例
した減衰力を発生させるために、可変絞り機構８に制御
信号を入力する。
【００１２】可変絞り機構では、入力された信号に従
い、図２に示す円板弁（Ａ）、スライド板弁（Ｂ）、板
弁（Ｃ）等の弁機構をモータにより作動して適切な絞り
を設定して、車体の上下振動を最適に減衰させる。
い、図２に示す円板弁（Ａ）、スライド板弁（Ｂ）、板
弁（Ｃ）等の弁機構をモータにより作動して適切な絞り
を設定して、車体の上下振動を最適に減衰させる。
【００１３】具体的な制御方法として、Ｋａｒｎｏｐｐ
の方法等が利用できる。図４に示すように、空気ばねを
ばね係数ｋとダンパｃに代表させると、通常の減衰力ｆ
は、次の１式のように働く。
の方法等が利用できる。図４に示すように、空気ばねを
ばね係数ｋとダンパｃに代表させると、通常の減衰力ｆ
は、次の１式のように働く。
【００１４】
【数１】１式
【００１５】スカイフックダンパの理論によると、次の
２式に示す減衰力ｆが最適であるとされる。その結果、
減衰係数Ｃを３式のように切り替えるとよい。なお、Ｃ
Lは理想的には零であるが、現実にはＣh＞ＣL≧０の値
をとる。
２式に示す減衰力ｆが最適であるとされる。その結果、
減衰係数Ｃを３式のように切り替えるとよい。なお、Ｃ
Lは理想的には零であるが、現実にはＣh＞ＣL≧０の値
をとる。
【００１６】
【数２】２式
【００１７】
【数３】３式
【００１８】
【数４】４式
【００１９】その結果、図５に示すように、絞りが切り
替えられ、振動が抑制される。しかし、この方法では、
単純な絞りの切り替えで、切り替え時の振動が問題にな
るため、更に発展させ連続的な減衰係数の制御が必要と
なる。この方法には、この発明の連続可変絞り機構が有
効となる。すなわち、スカイフックダンパの減衰係数を
Ｃs、可変絞り機構による減衰係数をＣ（ｔ）とする
と、１式と２式が同一と置くことにより、４式によりス
カイフックダンパの減衰力が得られる。
替えられ、振動が抑制される。しかし、この方法では、
単純な絞りの切り替えで、切り替え時の振動が問題にな
るため、更に発展させ連続的な減衰係数の制御が必要と
なる。この方法には、この発明の連続可変絞り機構が有
効となる。すなわち、スカイフックダンパの減衰係数を
Ｃs、可変絞り機構による減衰係数をＣ（ｔ）とする
と、１式と２式が同一と置くことにより、４式によりス
カイフックダンパの減衰力が得られる。
【００２０】この４式は、図６に示すように、車体振動
加速度計による測定値を積分した車体振動速度と、車体
台車間高さ計による測定値を微分した相対振動速度が求
められる。この式の減衰係数をＣ（ｔ）によって、空気
ばね絞りの大きさを演算し、それに従って空気ばね絞り
の制御を行い、スカイフックダンパの理論に基づいた最
適な減衰力を得ることができる。
加速度計による測定値を積分した車体振動速度と、車体
台車間高さ計による測定値を微分した相対振動速度が求
められる。この式の減衰係数をＣ（ｔ）によって、空気
ばね絞りの大きさを演算し、それに従って空気ばね絞り
の制御を行い、スカイフックダンパの理論に基づいた最
適な減衰力を得ることができる。
【００２１】
【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。車体１の床面上に上下振動加速度計５を、車体１と
台車枠２の間に高さセンサ７をそれぞれ設け、それらの
検知信号を制御器６に入力し、スカイフックダンパの理
論により車体の上下振動速度に比例した減衰力を発生さ
せるために、空気ばね３に設けた可変絞り機構８に制御
信号を入力するように構成する。
る。車体１の床面上に上下振動加速度計５を、車体１と
台車枠２の間に高さセンサ７をそれぞれ設け、それらの
検知信号を制御器６に入力し、スカイフックダンパの理
論により車体の上下振動速度に比例した減衰力を発生さ
せるために、空気ばね３に設けた可変絞り機構８に制御
信号を入力するように構成する。
【００２２】可変絞り機構８は、ステップモータやサー
ボモータ等の制御用モータ１１により絞りを可変にした
円板弁（図Ａ）、スライド板弁（図Ｂ）および板弁（図
Ｃ）等から構成される。
ボモータ等の制御用モータ１１により絞りを可変にした
円板弁（図Ａ）、スライド板弁（図Ｂ）および板弁（図
Ｃ）等から構成される。
【００２３】図２Ａの円板弁は、空気ばね本体２０と補
助空気室２１の間を仕切る隔壁１８に複数の小円孔１２
を円周配置して設け、これに対し上記小円孔１２と同じ
円周配置により複数の透孔１０を設けた回転円板９を重
ね制御用モータ１１で回動させ、小円孔１２と透孔１０
の重なりによって形成される絞りの大きさを制御する。
助空気室２１の間を仕切る隔壁１８に複数の小円孔１２
を円周配置して設け、これに対し上記小円孔１２と同じ
円周配置により複数の透孔１０を設けた回転円板９を重
ね制御用モータ１１で回動させ、小円孔１２と透孔１０
の重なりによって形成される絞りの大きさを制御する。
【００２４】スライド板弁は、隔壁１８に窓孔１４を設
け、これに重なり合うスライド板１３を制御用モータ１
１によりラック・ピニオン１７でスライドさせ、絞りの
大きさを制御する。
け、これに重なり合うスライド板１３を制御用モータ１
１によりラック・ピニオン１７でスライドさせ、絞りの
大きさを制御する。
【００２５】板弁は、隔壁１８に設けた絞り孔１６にラ
ックを有する板弁１５を対向させ、制御用モータ１１に
よりラック・ピニオン１７で板弁１５の位置を変えて、
絞りの大きさを制御する。
ックを有する板弁１５を対向させ、制御用モータ１１に
よりラック・ピニオン１７で板弁１５の位置を変えて、
絞りの大きさを制御する。
【００２６】図１における空気ばね３の可変絞り機構８
に図２Ａの円板式を用いた場合の具体例を図３に示す。
空気ばね本体と補助空気室（図面省略）をつなぐ通路の
途中に円板式の可変絞り機構を設置している。
に図２Ａの円板式を用いた場合の具体例を図３に示す。
空気ばね本体と補助空気室（図面省略）をつなぐ通路の
途中に円板式の可変絞り機構を設置している。
【００２７】
【発明の効果】この発明は、従来の空気ばねでは実現で
きなかったスカイフックダンパ理論による最適な減衰力
を連続的に得ることができ、エネルギー消費の少ない比
較的簡略な機構により、鉄道車両における車体の上下振
動を効率よく抑制することができる。
きなかったスカイフックダンパ理論による最適な減衰力
を連続的に得ることができ、エネルギー消費の少ない比
較的簡略な機構により、鉄道車両における車体の上下振
動を効率よく抑制することができる。
【図１】この発明の空気ばね装置を有する鉄道車両の要
部を示す説明図である。
部を示す説明図である。
【図２】この発明の空気ばね装置の可変絞り機構の一例
を示す説明図で、Ａは円板弁、Ｂはスライド板弁、Ｃは
板弁である。
を示す説明図で、Ａは円板弁、Ｂはスライド板弁、Ｃは
板弁である。
【図３】この発明の実施による円板式の可変絞り機構を
有する空気ばね装置の要部を破断して示す全体正面図で
ある。
有する空気ばね装置の要部を破断して示す全体正面図で
ある。
【図４】空気ばねサスペンションの単純モデルを示す説
明図である。
明図である。
【図５】Ｋａｒｎｏｐｐの方法による振動波形を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図６】この発明の空気ばね装置の可変絞り機構の制御
システムのブロック図である。
システムのブロック図である。
【図７】鉄道車両のサスペンション機構を示す説明図で
ある。
ある。
【図８】鉄道車両の空気ばね機構を示す説明図である。
【図９】従来の板弁式可変絞りの説明図である。
【図１０】外乱振幅が変化したときの空気ばね計の振動
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図１１】従来のサスペンションにおける減衰倍率と応
答倍率との関係を示すグラフである。
答倍率との関係を示すグラフである。
【図１２】スカイフックダンパによるサスペンションに
おける減衰倍率と応答倍率との関係を示すグラフであ
る。
おける減衰倍率と応答倍率との関係を示すグラフであ
る。
１ 車体 ２ 台車枠 ３ 空気ばね ４ 軸ばね ５ 上下振動加速度計 ６ 制御器 ７ 高さ計 ８ 可変絞り機構 ９ 回転円板 １０ 透孔 １１ 制御用モータ １２ 小円孔 １３ スライド板 １４ 窓孔 １５ 板弁 １６ 絞り孔 １７ ラック・ピニオン １８ 隔壁 １９ 絞り ２０ 空気ばね本体 ２１ 補助空気室 ２２ 板弁 ２３ 隔壁 ２４ 軸箱 ２５ 絞り孔
Claims (2)
- 【請求項１】 鉄道車両の二次ばねとして使用される空
気ばねで、空気ばね本体と補助空気室との間を絞りによ
り連通した装置において、絞りの大きさが連続的に変化
する可変絞り機構で構成したことを特徴とする鉄道車両
用空気ばね装置。 - 【請求項２】 車体の振動をセンサ等で検知し、その振
動速度に比例した減衰力が得られるように絞り制御機構
を設けた請求項１記載の鉄道車両用空気ばね装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5050097A JPH06239230A (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 鉄道車両用空気ばね装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5050097A JPH06239230A (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 鉄道車両用空気ばね装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06239230A true JPH06239230A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12849570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5050097A Pending JPH06239230A (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 鉄道車両用空気ばね装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06239230A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006013666A1 (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | 振動抑制装置およびこれを備えたスターリング機関 |
| JP2006281969A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Railway Technical Res Inst | 輪重変動抑制装置 |
| JP2007269201A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Railway Technical Res Inst | 鉄道車両防振装置及び方法 |
| JP2008100614A (ja) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Railway Technical Res Inst | 鉄道車両の車体傾斜装置及び車体傾斜方法 |
| JP2009040078A (ja) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 鉄道車両の車体傾斜制御システム |
| JP2010264964A (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鉄道車両用空気ばねの制御方法及び制御装置 |
| JP2011162156A (ja) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Central Japan Railway Co | 車両用空気ばね装置 |
| JP2017056846A (ja) * | 2015-09-17 | 2017-03-23 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 制振装置 |
-
1993
- 1993-02-15 JP JP5050097A patent/JPH06239230A/ja active Pending
Cited By (9)
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