JPH0739267B2 - 鉄道車両の空気ばね制御方法 - Google Patents

鉄道車両の空気ばね制御方法

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JPH0739267B2
JPH0739267B2 JP1286170A JP28617089A JPH0739267B2 JP H0739267 B2 JPH0739267 B2 JP H0739267B2 JP 1286170 A JP1286170 A JP 1286170A JP 28617089 A JP28617089 A JP 28617089A JP H0739267 B2 JPH0739267 B2 JP H0739267B2
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air
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pressure
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気ばね付き台車を有する鉄道車両の空気
ばねの内圧変動を、電磁弁を用いた電子制御により抑制
した制御方法に関する。
従来の技術 空気ばね付き台車を有する鉄道車両は、個々の空気ばね
高さを連結棒を用いて機械的に検知し、その動きを高さ
調整弁のレバーに伝えて弁の開閉を行ない、高さの修
正、内圧の調整を行なっていた。
この高さ調整弁は、空気ばね高さを個々に調整するもの
であり、車両がカント逓減区間で停車した場合は、高さ
調整弁が自動的に働き、各空気ばね高さを一定に保とう
とするため、次のようなメカニズムにより内圧の低下が
生じ、輪重抜けが発生することがあった。
すなわち、カント逓減区間では内軌側と外軌側のレール
高さが異なり軌道ねじれを生じているため、車両がカン
ト逓減区間に停車すれば、前後台車は異なる傾斜角で傾
くので、高さ調整弁の作動により、第8図に示すよう
に、前台車(9)と後台車(10)では反対方向のモーメ
ントが働き、両者が釣合う角度に車体は傾斜する。その
ため、前後台車の片方の対角線上に位置する空気ばねの
内圧が低下し、他方の対角線上に位置する空気ばねの内
圧との間に不均一が生じ(第5図参照)、各車輪の負担
する荷重に不均一が生じる。その結果、輪重変動が大き
く、荷重分担の少ない車輪は、いわゆる輪重抜けを生
じ、車両の再起動時に脱線する危険がある。
従来の空気ばね制御においても、輪重変動を少しでもす
くなくするために、左右空気ばねの間を差圧弁で接続し
ているが、設定差圧値を超える左右空気ばねの内圧差が
生じた場合には差圧弁が連通するが、カント区間でのカ
ント負けを防止する観点から、この設定差圧をあまり小
さくできず、また前後台車間では設定差圧値の2倍の圧
力差を許容しているため、輪重変動を十分に小さくでき
なかった。
発明が解決しようとする課題 上記のごとく、従来の空気ばね付き台車を有する鉄道車
両は、機械的な方法で各空気ばねごとに高さ調整を行う
とともに、左右空気ばねの間を差圧弁で接続して内圧の
不均一を防止してはいるが、十分な制御はできなかっ
た。
また、カント逓減区間では空気ばねの内圧変動に起因す
る輪重抜けが発生するので、車両の脱線を防止し、安全
を確保するため空気ばねの内圧変動を小さく押える必要
がある。
また、空気ばねの内圧制御においては、制御の目標値に
迅速に収束させるため、目標値からのずれの大きさに応
じて空気流量を変えて給排気する必要がある。
この発明は、上記問題点を排除し、空気ばねの内圧変
動、輪重変動を小さく押える制御を安定して行いうる鉄
道車両の空気ばね制御方法を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、この発明は、空気ばね台車を
有する鉄道車両において、前後台車の各空気ばねに、連
続的に計測する高さ検出器、圧力計および給気弁と排気
弁を設け、各給気弁、排気弁と空気ばねとを接続する配
管途中に、絞り量の異なる複数個の電磁弁からなる電磁
弁群を設け、各高さ検出器および圧力計の検出信号を制
御器に入力し、前後台車の対角線上にある空気ばね内圧
の和の差の絶対値の設定差圧または前後台車の同じ側の
前後空気ばね内圧の差の絶対値の設定差圧、左右空気ば
ね間の設定平均高さに対する不感帯幅と比較演算して、
制御器からの制御信号により各給気弁および排気弁を開
閉操作すると共に、必要空気量に応じて前記電磁弁群か
ら開閉する電磁弁を選定し組み合わせて給排気を行な
い、各空気ばねの内圧を設定差圧内に納め、かつ各空気
ばねの高さを左右空気ばね間の設定平均高さに対する不
感帯幅内に納まるように制御することにある。
作用 第3図に示すように、前台車(9)の空気ばね(1)
(2)と後台車(10)の空気ばね(3)(4)のそれぞ
れの内圧をP1、P2、P3、P4とし、またばね高さをh1
h2、h3、h4とし、前後台車の空気ばねの内圧の差の絶対
値が設定差圧ΔPeより小さい、すなわち、 |P1−P3|<ΔPe |P2−P4|<ΔPe を満足するように空気ばねの内圧制御を行うか、また
は、前後台車の対角線上にある空気ばねの内圧の和の差
の絶対値が設定差圧ΔPeより小さい、すなわち、 |(P1+P4)−(P2+P3)|<ΔPe を満足するように空気ばねの内圧制御を行えば、空気ば
ねの内圧変動を小さく押えることができる。
また、カント区間においては、左右空気ばねの内圧に差
がなければ、第7図に示すように、前台車(9)、後台
車(10)ともに内軌側に向けてモーメントが発生しカン
ト負けが起る。
しかし、例えば第7図の状態で第6図に示すように外軌
側の空気ばね(2)(4)の内圧P2、P4が低く、内軌側
の空気ばね(1)(3)の内圧P1、P3が高いカント区間
では、十分に左右空気ばね内圧の間に差を発生させ、カ
ント向け現象の発生を防止することができる。
空気ばね高さ制御は、連続的に計測できる高さ検出器、
例えば第4図に示すロータリエンコーダ(5)を車体側
に取着し、そのロータリエンコーダ回転角を計るレバー
(16)を台車側に取着した装置により、高さを角度に変
換しデジタル信号として制御器に入力することにより、
ばね高さを連続的に検知し、車両が軌道の平坦部、カン
ト区間あるいはカント逓減区間のいずれにあるかを迅速
に判断することができ、その車体位置に応じて微妙な高
さ制御が行われる。すなわち、車両がカント逓減区間に
ある場合は、次の2式を満足するように制御する。
ただし、Δheは設定高さに対する不感帯幅、上記2式を
満足していないとき、制御器からの出力により弁が開閉
操作され高さ制御が行われる。
上記のごとく、カント逓減区間では、空気ばねの左右平
均高さを所定範囲内に納める制御を行うことにより、車
体を安定状態に保つことができる。
また、平坦部、カント区間では、各空気ばねの高さがΔ
he内に納まるように個々に制御することにより、車体の
傾きをより正確に制御することができる。
上記空気ばねの内圧制御における各給気弁および排気弁
により給排気する際、そのときの給排気する必要空気量
の変動に従って、絞り量の異なる複数の電磁弁の中から
所要の電磁弁を組合せて開閉し、空気流量を微細に調整
することにより、空気ばねの内圧変動を小さく押えると
ともに滑らかな制御を行うことができる。
実 施 例 この発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図に示すように、鉄道車両の前台車(9)と後台車
(10)の左右側に設けた空気ばね(1)(2)および
(3)(4)の夫々に、高さ検出器として第4図に示す
要領でロータリエンコーダ(5)を設置し、また圧力計
(17)を設ける。
また、元空気溜(6)と各空気ばね(1)〜(4)の間
を接続した配管(7)の途中に、給気弁(11)(12)
(13)(14)を設けるとともに、他に設けた排気管に排
気弁(21)(22)(23)(24)を設ける。さらにこれら
給気弁と排気弁と各空気ばねの間の配管に電磁弁群(1
8)を設置する。そして、各ロータリエンコーダ(5)
および各圧力計(17)の検出信号を制御器(8)に入力
するように配線し、また各給気弁、排気弁および各電磁
弁群を開閉する制御器(8)からの出力(電圧あるいは
電流)を伝えるための配線をする。
上記電磁弁群(18)は、第2図に示すように、複数(図
面には4個を示す)の開口面積の異なる電磁弁(18−
1)(18−2)(18−3)(18−4)を並列してなり、
その中から任意の弁を組合せて開閉することにより最終
開口面積を段階的に調整できるように構成されており、
給排気する必要空気量に応じて開閉する弁の組合せを制
御器からの出力信号により自動的に操作する。
この発明による空気ばねの電子制御は、先に記載したと
おり、前後台車の各空気ばねの内圧と高さを連続して検
知し、車両がどのような軌道上にあるかを判断し、前台
車(9)と後台車(10)の同側にある前後空気ばね
(1)(3)および(2)(4)の内圧の差の絶対値|P
1−P3|および|P2−P4|が設定差圧ΔPeを超えているとき
は、制御器(8)から各弁へ制御信号を流して各弁の開
閉を行ない、前後空気ばねの内圧の差が左右いずれの側
も設定差圧内に納まるように制御し、かつ車両がカント
逓減区間にあれば、前台車後台車の左右空気ばね(1)
(2)および(3)(4)の高さの平均が設定高さ内に
納まるように制御する。
また、前後台車の対角線上にある空気ばねの内圧の和の
差の絶対値 |(P1+P4)−(P2+P3)| が設定差圧ΔPe内に納める制御を採用しているときに、
この絶対値がΔPeを超えているときは、上記と同様にし
て各弁の開閉を行なう。
また、車両がカント区間にあれば、各空気ばねの高さを
左右空気ばね間の設定平均高さに対する不感帯幅Δhe内
に納まるように個々に制御するので自然に内軌側空気ば
ねの内圧が外軌側空気ばねの内圧より高くなり左右空気
ばねの内圧の間に差が発生し、カント負け現象の発生を
防止する。
上記制御において、電磁弁(18−1)(18−2)(18−
3)(18−4)の有効開口面積を例えば0.5、1、2、4
mm2、給気弁と排気弁の有効開口面積を10mm2とした場
合、最終開口面積は0.5mm2ピッチで0.5〜7.5mm2の間15
段階の調整ができることになる。このようにして、電磁
弁の開閉の組合せにより、弁開口の微細調整により必要
空気量に応じて給排気が行われる。
次に、この発明の空気ばね電子制御方法を鉄道車両(長
さ20m)に実施し、カント105mmを有する曲率半径150mの
曲線路(カント逓減率γ=1/275)で試験を行なった。
この際の内圧の許容差圧は0.4Kg/cm2、高さ制御の不感
帯幅は±5mmとした。
試験は、5Km/h走行中およびカント区間、カント逓減区
間における代表地点に車両を停止して行なった。また、
内圧制御によって車両が安定するまでの時間も測定し
た。なお、比較のため、電磁弁群(18)がなく給気弁と
排気弁のみからなる電子制御法(比較例という)および
従来の高さ調整弁を用いた方法(従来例という:左右差
圧弁の差圧設定値1.2Kg/cm2)でも試験をした。その結
果を第1表に示す。
この結果より、この発明の実施によれば、空気ばねの内
圧変動を低く押えことができ、また制御の収束が速く、
安定した制御ができることがわかる。
発明の効果 この発明は、鉄道車両の空気ばねの内圧の高さを連続的
に検出して電気信号化して制御器に入力し、車両が軌道
の平坦部、カント区間およびカント逓減区間のいずれに
あるかを判断し、前後台車の対角線上にある空気ばね内
圧の和の差の絶対値が設定左圧内に納まるように制御す
るか、あるいは、前後台車の同じ側にある前後空気ばね
の内圧の差の絶対値が設定差圧内に納まるように制御
し、かつカント逓減区間では前後台車の左右空気ばね高
さの平均が設定高さ内に納まるように制御し、平坦部、
カント区間では各空気ばねの高さが個々に設定高さ内に
納まるように電子制御するから、常に滑らかで安定した
制御ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の空気ばね制御方法を実施するための
装置を設けた鉄道車両用空気ばね装置を示す説明図、第
2図は第1図中の電磁弁群(18)の詳細を示す説明図、
第3図はこの発明の実施において各空気ばねの内圧(P1
〜P4)および高さ(h1〜h4)を示した説明図、第4図は
ロータリエンコーダの説明図、第5図は車両がカント逓
減区間にある際の空気ばね内圧の高低を示す説明図、第
6図は車両がカント区間にある際の空気ばね内圧の高低
を示す説明図、第7図は車両がカント区間にある際の前
台車(a図)および後台車(b図)に作用するモーメン
トを示す説明図、第8図は車両がカント逓減区間にある
際、車体の前部と後部に発生するモーメントを示す説明
図であり、a図はカント逓減区間と車体との関係を、b
図は車体前部のモーメントを、c図は車体後部のモーメ
ントを、それぞれ示す。 1〜4……空気ばね 5……ロータリエンコーダ 6……元空気溜、7……配管 8……制御器、9……前台車 10……後台車 11〜14……給気弁、15……車体 17……圧力計、18……電磁弁群 21〜24……排気弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 智志 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−229859(JP,A) 実開 昭47−4613(JP,U) 特公 昭59−41427(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気ばね台車を有する鉄道車両の前後台車
    の各空気ばねに、連続的に計測する高さ検出器、圧力計
    および給気弁と排気弁を設け、各給気弁、排気弁と空気
    ばねとを接続する配管途中に絞り量の異なる複数個の電
    磁弁からなる電磁弁群を設け、各高さ検出器および圧力
    計の検出信号を制御器に入力し、前後台車の対角線上に
    ある空気ばね内圧の和の差の絶対値の設定差圧、または
    前後台車の同じ側の前後空気ばね内圧の差の絶対値の設
    定差圧、左右空気ばね間の設定平均高さに対する不感帯
    幅と比較演算して制御器からの制御信号により各給気弁
    および排気弁を開閉操作すると共に、必要空気量に応じ
    て前記電磁弁群から開閉する電磁弁を選定し組合せて給
    排気を行ない、各空気ばねの内圧を設定差圧内に納め、
    かつ各空気ばねの高さを左右空気ばね間の設定平均高さ
    に対する不感帯幅内に納まるように制御することを特徴
    とする鉄道車両の空気ばね制御方法。
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