JPWO2013118284A1 - 鉄道車両 - Google Patents

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Abstract

中梁を、上板部及び下板部と、上板部及び下板部の両側に位置する一対の側板部とで断面角筒状に形成し、上板部及び下板部を、複数枚の板材を重ねた状態で形成し、少なくとも最外部に位置する板材を平板状に形成するとともに、内部側に位置する板材の幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部を中梁の長手方向に連続して形成し、連結器から加わる圧縮荷重及び曲げモーメントによって上板部及び下板部が座屈変形することを防ぎ、中梁の強度を向上させた台枠を有する鉄道車両。

Description

本発明は、鉄道車両に関し、詳しくは、鉄道車両の台枠における中梁の構造に関する。
鉄道車両の車体は、台枠の四辺部分に側構体及び妻構体(先頭構体を含む)をそれぞれ接合し、側構体及び妻構体の上部に屋根構体を接合するとともに、各構体に外板や床板、内装材、扉や窓などを装着して形成されている。また、鉄道車両を前後に連結するための連結器は、前記台枠の端部中央下部に設けられており、あらかじめ設定された引張荷重及び圧縮荷重に耐える強度で取り付けられている。さらに、衝突によってあらかじめ設定した荷重を超える過大な荷重が連結器に作用したときに、後方にスライドするように形成した連結器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−260881号公報
連結器が台枠の下部に設けられている場合、台枠、特に、連結器を取り付けた中梁には、連結器に作用する引張荷重及び圧縮荷重によって中梁中央が上方又は下方に向かって撓む方向の曲げモーメントが作用する。さらに、衝突などの大きな外力が連結器に加わると、中梁には上方に向かう曲げモーメントと圧縮荷重とが作用するので、曲げの内側に位置する中梁の下部には非常に大きな圧縮荷重が作用し、中梁が座屈変形するおそれがあった。この曲げモーメントや圧縮荷重に対しては、中梁の高さ寸法を大きくしたり、厚肉にしたりすることによって対応することが可能である。しかし、気動車のように、大型の床下機器が多い鉄道車両では、床下機器の設置スペースを確保する必要があるため、中梁を大きくすることができず、また、厚肉にすると車体重量が増加するという問題があった。
そこで本発明は、小型軽量化を図りながら圧縮荷重や曲げモーメントに対して十分な強度を有する構造の中梁を備えた鉄道車両を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の鉄道車両は、台枠、側構体、妻構体及び屋根構体を接合して形成した車体の前後端中央下部に連結器を備えた鉄道車両において、前記台枠の幅方向中央に前後方向に設けられる中梁を、上板部及び下板部と、該上板部及び下板部の両側に位置する一対の側板部とで断面角筒状に形成し、前記上板部及び下板部を、複数枚の板材を重ねた状態で形成し、少なくとも最外部に位置する板材を平板状に形成するとともに、内部側に位置する板材の幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部を中梁の長手方向に連続して形成したことを特徴としている。
さらに、本発明の鉄道車両は、前記中梁は、前記一対の側板部が開口を外側に向けた一対のチャンネル材のウェブによってそれぞれ形成され、前記上板部が前記一対のチャンネル材の各上部フランジに幅方向両側部が接合された1枚の上外部板材と該上外部板材の筒内部側に重ね合わされた1枚の上内部板材とで形成され、前記下板部が前記一対のチャンネル材の各下部フランジに幅方向両側部が接合された二枚重ねの下外部板材と該下外部板材の筒内部側に重ね合わされた1枚の下内部板材とで形成され、前記上内部板材及び前記下内部板材の幅方向中央部に前記突状部が形成されていることを特徴としている。
また、前記下板部の幅寸法が前記上板部の幅寸法より大きいこと、前記チャンネル材のウェブの外面と前記下部フランジの上面とに前記中梁と台枠両側の側梁とを連結する横梁を接合するための横梁接合部材が接合され、該横梁接合部材に前記中梁より高さ寸法が小さな横梁を、該横梁上面を前記中梁の上面と面一にして接合したことを特徴としている。
本発明の鉄道車両によれば、上板部及び下板部の筒内部側に位置する板材に突状部を形成したことにより、連結器から加わる圧縮荷重及び曲げモーメントによって上板部及び下板部が座屈変形することを防ぎ、中梁の強度を向上させることができる。さらに、上板部及び下板部の最外部は平板状に形成しているため、台枠上に取り付ける床材などの取り付けを容易に行うことができるとともに、台枠下に取り付ける床下機器の取り付けも容易に行うことができる。
また、側板部をチャンネル材で形成するとともに、下板部の下外部板材を二枚重ねとして中梁を形成することにより、さらに、下板部の幅寸法を上板部の幅寸法より大きくすることにより、上板部に比べて大きな圧縮荷重及び曲げモーメントが作用する下板部の応力を軽減でき、中梁の強度を更に向上させることができる。さらに、チャンネル材のウェブと下部フランジとに接合した横梁接合部材を介して横梁を接合することにより、横梁の接合強度を向上できるとともに、中梁より高さ寸法が小さな横梁を上面が面一になるように接合することにより、床下機器を取り付けるスペースを確保することができ、台枠上面への床材などの取り付けも容易に行うことができる。
本発明の鉄道車両の第1形態例を示す要部の断面図である。 図6のII−II断面図である。 車両構体の一例を示す側面図である。 図3のIV−IV断面図である。 鉄道車両の一例を示す側面図である。 台枠の一例を示す図である。
本形態例に示す鉄道車両は、車体の前端に流線形状を有する先頭車両10である。先頭車両10を形成する車両構体11は、台枠20と、該台枠20の両側に設けられる左右一対の側構体30と、前記台枠20及び側構体30の両端にそれぞれ設けられる先頭構体40及び妻構体50と、側構体30、先頭構体40及び妻構体50の上部を覆うように設けられる屋根構体60とを備えており、先頭構体40は、上半部が後方に傾斜するとともに、両側部が後方に傾斜した流線形に形成されている。
前記台枠20は、レール方向(車体前後方向)に配置された左右一対の側梁21と、前後両端部近傍の枕木方向(車体幅方向)に配置された前後一対の枕梁22と、台枠20の中央部に側梁21と平行に設けられた中央部中梁23a及び端部中梁23bと、側梁21と中梁23a,23bとを枕木方向に連結する複数の横梁24と、枕梁22より車体両端側に設けられた端部中梁23bの先端にそれぞれ設けられた端梁26とを備えている。先頭構体40側に配置される端梁26の前部には、衝撃吸収部材を取り付けるための前方が開口した衝撃吸収部材取付凹部26aが形成されており、妻構体50側の端部中梁23bには、衝撃吸収部27が組み込まれている。
前記側構体30は、鉛直方向の複数の側柱31と、車体前後方向の複数の骨部材32と、乗降口用開口部を形成する扉枠部33と、側窓用開口部を形成する窓枠部34とを備えている。側柱31の下端部は、接合部材35を介して前記側梁21の下端から側方に突出した下部突出片21aの上で、側梁21の外面に接合されている。
前記先頭構体40は、車体幅方向中央部に運転台が設けられるものであって、該先頭構体40の後部側上端部と側構体30の先端側上端部との接合部には、枕木方向の上部補強梁41が設けられている。先頭構体40の前端部には、前記端梁26の幅方向両端部と前記上部補強梁41の幅方向両端部とにわたって左右一対の隅柱42が設けられ、両隅柱42の内側で、運転台の両側に位置する部分には、前記端梁26と前記上部補強梁41とにわたって左右一対の妻柱43が設けられている。一方、後部連結側の前記妻構体50は平板状に形成されており、幅方向中央部には貫通口用開口部が設けられ、該貫通口用開口部の両側部分には、端梁26から妻補強柱51及び隅補強柱52がそれぞれ立設している。
前記屋根構体60は、レール方向に配置される長桁61と、該長桁61に直交して接合される枕木方向の複数の垂木62と、垂木62の外面側に接合される屋根板とで形成されており、長桁61が前記側構体30の上端部に接合され、前後両端の垂木62が先頭構体40の上端部、妻構体50の上端部にそれぞれ接合される。また、屋根構体60の前端と前記妻柱43の上部との間は、連結部材63で連結される。
図5に示すように、各構体の外部側には、各構体に対応した形状の外板12がそれぞれ取り付けられるとともに、各構体の内外には、各種機器や座席などを含めた艤装、内装が施される。また、扉枠部33には乗降扉13が設けられ、窓枠部34には側窓14が設けられる。先頭構体40の前面上下方向中間部には前面窓15が設けられ、先頭構体40の側面には乗務員用窓16が設けられる。妻構体50の貫通口用開口部の周囲には、連結幌17が設けられる。さらに、車体両端下部には、連結器18がそれぞれ設けられ、前面下部にはアンチクライマ19が設けられている。このように外板12などの所要部品を車両構体11の内外にそれぞれ装着することにより、幅方向中央に運転台を有する先頭部が丸みを帯びた流線形の先頭車両10が形成される。
前記台枠20における端部中梁23bの前後両端で端梁26の中央下部には、前記連結器18を取り付けるための連結器支持枠28が設けられている。この連結器支持枠28は、連結器18をあらかじめ設定された引張荷重及び圧縮荷重に耐える強度で保持し、あらかじめ設定した荷重を超える過大な荷重が連結器18に作用したときには、連結器18が端梁26より後方に移動するように形成されている。
そして、図1に詳細に示すように、台枠20における前後の枕梁22の間に設けられている車体中央部の前記中央部中梁23aは、上板部71及び下板部72と、該上板部71及び下板部72の両側に位置する一対の側板部73,73とで断面角筒状に形成されている。両側板部73は、開口を外側に向けたチャンネル材74のウェブ74aによってそれぞれ形成されており、該チャンネル材74の上部フランジ74bに前記上板部71が接合され、上部フランジ74bよりも幅広に形成された下部フランジ74cに前記下板部72が接合されている。
上板部71は、筒外部側(筒上部側)に位置する1枚の上外部板材71aと、筒内部側に位置する1枚の上内部板材71bとで形成されている。上外部板材71aは、車体前後方向に長い短冊状の平板によって形成されており、上外部板材71aの両側部は、前記チャンネル材74の上部フランジ74bの上面に沿った状態で接合されている。また、上内部板材71bは、幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部71cが中央部中梁23aの長手方向に連続して、両チャンネル材74のウェブ74aの間に収まる状態で形成されている。この上内部板材71bは、前記突状部71cの両側の平板部上面を上外部板材71aの下面に重ね合わせた状態で上外部板材71aに接合されている。
下板部72は、車体前後方向に長い短冊状の2枚の平板を重ね合わせた筒外部側(筒下部側)に位置する下外部板材72aと、筒内部側に位置する1枚の下内部板材72bとで形成されている。下外部板材72aの幅寸法は、前記上外部板材71aの幅寸法より大きく形成されており、下外部板材72aの両側部は、前記チャンネル材74の下部フランジ74cの下面に沿った状態で接合されている。下内部板材72bは、幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部72cが中央部中梁23aの長手方向に連続して、両チャンネル材74のウェブ74aの間に収まる状態で形成されている。この下内部板材72bは、前記突状部72cの両側の平板部下面を下外部板材72aの上面に重ね合わせた状態で下外部板材72aに接合されている。
このように、中央部中梁23aの上板部71に突状部71cを、下板部72に突状部72cを、それぞれ設けたことにより、中央部中梁23aの中央部が下方又は上方に向かって撓む方向の曲げモーメントに対する強度を向上させることができる。したがって、中梁23bより下方に位置する連結器18に作用する引張荷重や圧縮荷重によって発生する曲げモーメントで中央部中梁23aが大きく撓むことがなくなり、車体の剛性を高めることができる。また、板材やチャンネル材の組み合わせで形成できるので、肉厚などを適切に設定することにより、中央部中梁23aの小型軽量化及び製造コストの削減を図ることもできる。
また、衝突によって連結器18が後方に移動するような過大な外力が作用しても、圧縮荷重及び曲げモーメントによって中央部中梁23aが座屈変形することを回避でき、車体中央に位置する客室を保護することができる。さらに、本形態例に示すように、衝突時の外力により大きな圧縮荷重及び曲げモーメントが作用する中央部中梁23aの下板部72の下外部板材72aを二枚重ねとしたり、下板部72の幅寸法を上板部71の幅寸法より大きくしたりすることにより、下板部72の各板材72a,72bに発生する応力を軽減することができ、中央部中梁23aの強度を更に向上させることができ、中梁全体を厚肉にしたり、二枚重ねにしたりする場合に比べて中央部中梁23aの軽量化や製造コストの削減を図ることができる。
また、前記チャンネル材74の各外側部分(側梁側)には、横梁接合部材75を介して開口を前後方向に向けたチャンネル材25からなる前記横梁24がそれぞれ接合されている。横梁接合部材75は、車体幅方向を向いた変形五角形状の本体部75aと、本体部75aの車体内側端からチャンネル材74のウェブ74aの外面に重なるように屈曲した鉛直方向の第1接合片75bと、本体部75aの下端からチャンネル材74の下部フランジ74cの上面に重なるように屈曲した水平方向の第2接合片75cと、第2接合片75cの外端部から上向きに傾斜して横梁24の下面を支持するように屈曲した傾斜支持片75dとを有している。横梁接合部材75は、第1接合片75bをウェブ74aの外面に接合し、第2接合片75cを下部フランジ74cの上面に接合して中央部中梁23aの側面部に固着される。
前記横梁24は、高さ寸法が中央部中梁23aのチャンネル材74に比べて小さく形成されたチャンネル材25の下部フランジ25aの下面を前記支持片75dの上端に載置した状態でウェブ25bの外面を本体部75aに接合して横梁接合部材75に固着される。さらに、横梁24の上部内端は、上部フランジ25cの内端部とウェブ25bの上端部とを切り欠き、内端をチャンネル材74の上部フランジ74bの下方に挿入して横梁24の上面を中央部中梁23aの上面と面一にした状態で、上部フランジ25cの下面と前記チャンネル材74の上部フランジ74bの下面とにそれぞれ接合される連結板76を介して中央部中梁23aの上部側面に固着される。
このように、中央部中梁23aのチャンネル材74におけるウェブ74aと下部フランジ74cとにそれぞれ接合した横梁接合部材75を介して横梁24の内端部を接合することにより、中央部中梁23aに対する横梁24の接合強度を向上できる。さらに、中央部中梁23aより高さ寸法が小さな横梁24を両者の上面が面一になるように上方に変位させて接合することにより、台枠20の上面への床材29などの取り付けを容易に行うことができるとともに、横梁24の下部に床下機器を取り付けるスペースを十分に確保することができる。これにより、大型の床下機器が多い気動車においても、床下機器の取り付けを容易に行うことができる。
なお、鉄道車両の形状は任意であり、先頭車両に限るものではなく、台枠以外の形状や構成は任意である。また、台枠においても、中梁以外の形状や構造は任意である。さらに、上板部や下板部に使用する板状部材の枚数は任意であり、3枚以上の板状部材を用いる場合は、最外部の1枚を除いて筒内側の複数枚に突状部を形成することができる。また、端部中梁についても同様の構造を採用することができる。
10…先頭車両、11…車両構体、12…外板、13…乗降扉、14…側窓、15…前面窓、16…乗務員用窓、17…連結幌、18…連結器、19…アンチクライマ、20…台枠、21…側梁、21a…下部突出片、22…枕梁、23a…中央部中梁、23b…端部中梁、24…横梁、25…チャンネル材、25a…下部フランジ、25b…ウェブ、25c…上部フランジ、26…端梁、26a…衝撃吸収部材取付凹部、27…衝撃吸収部、28…連結器支持枠、29…床材、30…側構体、31…側柱、32…骨部材、33…扉枠部、34…窓枠部、35…接合部材、40…先頭構体、41…上部補強梁、42…隅柱、43…妻柱、50…妻構体、51…補強柱、60…屋根構体、61…長桁、62…垂木、63…連結部材、71…上板部、71a…上外部板材、71b…上内部板材、71c…突状部、72…下板部、72a…下外部板材、72b…下内部板材、72c…突状部、73…側板部、74…チャンネル材、74a…ウェブ、74b…上部フランジ、74c…下部フランジ、75…横梁接合部材、75a…本体部、75b…第1接合片、75c…第2接合片、75d…傾斜支持片、76…連結板

Claims (4)

  1. 台枠、側構体、妻構体及び屋根構体を接合して形成した車体の前後端中央下部に連結器を備えた鉄道車両において、前記台枠の幅方向中央に前後方向に設けられる中梁を、上板部及び下板部と、該上板部及び下板部の両側に位置する一対の側板部とで断面角筒状に形成し、前記上板部及び下板部を、複数枚の板材を重ねた状態で形成し、少なくとも最外部に位置する板材を平板状に形成するとともに、内部側に位置する板材の幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部を中梁の長手方向に連続して形成した鉄道車両。
  2. 前記中梁は、前記一対の側板部が開口を外側に向けた一対のチャンネル材のウェブによってそれぞれ形成され、前記上板部が前記一対のチャンネル材の各上部フランジに幅方向両側部が接合された1枚の上外部板材と該上外部板材の筒内部側に重ね合わされた1枚の上内部板材とで形成され、前記下板部が前記一対のチャンネル材の各下部フランジに幅方向両側部が接合された二枚重ねの下外部板材と該下外部板材の筒内部側に重ね合わされた1枚の下内部板材とで形成され、前記上内部板材及び前記下内部板材の幅方向中央部に前記突状部が形成されている請求項1記載の鉄道車両。
  3. 前記下板部の幅寸法が前記上板部の幅寸法より大きい請求項1又は2記載の鉄道車両。
  4. 前記チャンネル材のウェブの外面と前記下部フランジの上面とに前記中梁と台枠両側の側梁とを連結する横梁を接合するための横梁接合部材が接合され、該横梁接合部材に前記中梁より高さ寸法が小さな横梁を、該横梁上面を前記中梁の上面と面一にして接合した請求項1乃至3のいずれか1項記載の鉄道車両。
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