TW201542410A - 帶制動盤的鐵道車輪 - Google Patents

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Abstract

鐵道車輪，為具備：具備板部(13)的車輪(10)、以及制動盤(1)，該制動盤係具備有以表面(2a)側作為滑動面的圓板部(2)、和突出設置於圓板部(2)之背面(2b)的複數個凸鰭部(3)；2片制動盤(1)是以使各個滑動面朝向外側的狀態下夾住車輪(10)的板部(13)，並在上述滑動面的區域中鎖固而成。對於沿著圓周方向將形成於制動盤(1)與車輪(10)之間的空間予以橫斷之斷面的面積，該斷面積為最小的最小斷面部，是存在於：由圓板部(2)的外周面(2c)與輞部(12)的內周面(12b)所形成的區域，圓板部(2)的外周面(2c)，是在以最小斷面部作為起點之外側的區域，並沿著輞部(12)的內周面(12b)。該鐵道車輪，是具備：簡樸之形狀而具有優秀生產性的制動盤，能夠有效地降低高速行駛中的氣動噪音。

Description

帶制動盤的鐵道車輪
本發明，是關於將制動盤鎖固連結在鐵道車輛用的車輪所構成之帶制動盤(Brake Disk)的鐵道車輪(以下，亦稱之為「帶BD鐵道車輪」)。
作為鐵道車輛之制動裝置者，隨著車輛高速化或者大型化，大多使用制動性優秀的盤式制動器。盤式制動器，是以將煞車襯強壓在被安裝於車輪之制動盤的滑動面之方式所構成。藉此，對旋轉的車輪產生制動力來控制車輛的速度。
於盤式制動器中，係有：在滑動面內的區域將制動盤鎖固於車輪的中央鎖固型(滑動面鎖固型)制動盤、以及在比滑動面更內周側的區域將制動盤鎖固於車輪的內周鎖固型制動盤。內周鎖固型制動盤，必須要有：有別於具有滑動面的部分之用於鎖固的部分。另一方面，由於中央鎖固型制動盤，並不需要設置如此之用於鎖固的部分，所以有利於輕量化。
第1A圖及第1B圖，是顯示構成鐵道車輛之 盤式制動器之帶制動盤的鐵道車輪的整體構造的圖面，其分別所顯示之第1A圖是1/4圓部分的平面圖，第1B圖是沿著半圓部分之徑向的斷面圖。第2A圖~第2C圖，是局部性地顯示以往之帶BD鐵道車輪的構造，其分別所顯示之第2A圖是從內周面側所觀察之制動盤背面的立體圖，第2B圖是從背面側所觀察之制動盤的平面圖，第2C圖是沿著徑向的斷面圖。由第1A圖、第1B圖及第2A圖~第2C圖所示的制動盤，皆為中央鎖固型。
如第1A圖、第1B圖及第2A圖~第2C圖所示，制動盤1，係具備以表面2a側作為滑動面之甜甜圈形的圓板部2。於該圓板部2的背面2b，突設有複數個輻射狀的凸鰭部3。於複數個凸鰭部3中的幾個，於半徑方向之大致中央的位置，形成有貫通至圓板部2的螺栓孔4。
車輪10，係具備有：押入車軸的轂部11、包含與軌道接觸之踏面的輞部12、以及將此等結合的板部13。制動盤1，是2片為一組在使各個表面2a朝向外側的狀態下以夾持車輪10之板部13的方式所配置。於各螺栓孔4插通有螺栓5，螺帽6螺合並鎖緊於各螺栓5。藉此，制動盤1，是以使凸鰭部3的前端面可及於半徑方向全區域地壓接於車輪10之板部13的側面13a之狀態，被鎖固於車輪10。
制動盤1，是在滑動面內的區域中被鎖固於板部13。在中央鎖固型制動盤的情形中，對於制動盤1的 徑向，是以使制動盤1的內周與外周之中央部附近，例如將內周與外周設在：以1：3所內分的位置與以3：1所內分的位置之間，來將制動盤1鎖固於車輪10為佳。
制動盤1的表面，實質上整面為滑動面，如第1B圖所示，在轂部11與圓板部2之間，及於全周地形成有大的間隙(例如，70mm~120mm的間隙)。亦即，制動盤1，並沒有延伸至轂部11附近，藉此，可謀求制動盤1的輕量化。具有如此構成之以往的帶BD鐵道車輪，例如揭示於專利文獻1。
鐵道車輛在行駛時，制動盤1是與車輪10成一體的方式進行高速旋轉。伴隨於此，制動盤1之周邊的空氣，會在制動盤1與車輪10之間所形成的空間內，具體而言，在由制動盤1的圓板部2及凸鰭部3、以及車輪10之板部13所包圍的空間內，從內周側(轂部11與圓板部2的間隙)流入，然後從外周側流出(請參照第2A圖~第2C圖中的實線箭頭)。簡要來說，鐵道車輛在行駛中，在制動盤1與車輪10之間的空間會產生空氣的氣體流動。該氣體流動，在如日本新幹線(R)等之高速鐵道車輛以超過時速300km的高速下行駛時，會極為顯著地誘發出稱之為氣動噪音(aerodynamic sound)的噪音。因此，從對環境的噪音污染考量，必須降低氣動噪音。
在內周鎖固型制動盤的情形，其相較於中央鎖固型制動盤，由於轂部11與圓板部2的間隙極小。因此，車輛在行駛時，從該間隙，流入於：由制動盤1的圓 板部2及凸鰭部3、以及車輪10之板部13所包圍的空間內的空氣量，只有些微，通常是不會產生達到造成問題之程度的氣動噪音。因此，氣動噪音的產生，可以說是中央鎖固型制動盤特有的問題。
對於中央鎖固型制動盤，所相應於降低氣動噪音之要求的先前技術，有以下所述者。
例如於專利文獻2，對於制動盤，揭示有在相鄰的凸鰭部彼此之間，沿著圓周方向追加肋部，藉由該肋部來抑制氣體流動的帶BD鐵道車輪。依據同一文獻所揭示之帶BD鐵道車輪，可以將氣動噪音降低至所期望的程度。
但是，在上述專利文獻2所揭示的技術中，隨著由肋部所導致之對氣體流動的抑制，在制動時會降低對制動盤的冷卻性能。因此，相佐於肋部的追加而增加制動盤本身的剛性，是會增大制動盤之熱膨脹所伴隨的變形，以及增大由此導致之對鎖固用螺栓的應力負荷，而恐有降低制動盤及螺栓的耐久性之虞。
謀求解決此問題之先前技術乃揭示於專利文獻3。
第3A圖及第3B圖，是局部性地顯示專利文獻3所揭示之以往的帶BD鐵道車輪的構造圖，其分別所顯示的第3A圖是從內周面側所觀察之制動盤的背面的立體圖；第3B圖是沿著徑向的斷面圖。如此等圖面所示，在專利文獻3所揭示之帶BD鐵道車輪，對於制動盤1，是在相 鄰的凸鰭部3彼此之間追加有沿著圓周方向的肋部7，再者，於該肋部7之圓周方向的中央部形成有沿著徑向的狹縫7a。
根據該帶BD鐵道車輪，藉由狹縫7a可確保氣體流動。因此，由於在制動時可維持對制動盤1的冷卻性能，並且可緩和由追加肋部所致之剛性的增加，所以可減輕伴隨於制動盤1之熱膨脹的變形以及對鎖固用螺栓的應力負荷，而可抑制制動盤1及螺栓耐久性的降低。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-9862號公報
[專利文獻2]日本特開2007-205428號公報
[專利文獻3]國際專利公開WO2010/071169號冊子
如上所述，謀求降低氣動噪音之以往的帶BD鐵道車輪，是主眼於抑制由制動盤的圓板部和凸鰭部、以及車輪的板部所包圍之空間內的氣體流動，而於盤式制動器的圓板部追加肋部、或是更進一步地於該肋部形成狹縫者。因此，由於制動盤的形狀變得複雜，導致不得不降低制動盤的生產性。
具體上，不僅只有凸鰭部，也必須追加調整 肋部高度的加工(機械加工等)，再者，由於對於肋部必須追加形成狹縫的加工，所以使得制動盤的製造製程煩雜化。因而，以鍛造來製造制動盤之情形時，會增大對金屬模具的負荷，無法避免金屬模具壽命縮短。
本發明，是有鑑於上述的問題所研創的，其目的，在於提供一種具有後述之特性之帶制動盤的鐵道車輪。
˙制動盤為簡素的形狀而具有優秀的生產性者； ˙可有效地降低高速行駛中的氣動噪音。
本發明之一實施形態
帶制動盤的鐵道車輪，為具備：鐵道車輛用的車輪，其具備有轂部、輞部、和用以結合此等之板部；及制動盤，其具備有以表面側作為滑動面之甜甜圈形的圓板部、和於上述圓板部之背面呈輻射狀突出設置的複數個凸鰭部；2片上述制動盤是以使各個上述滑動面朝向外側的狀態下夾住上述車輪的上述板部，並在上述滑動面內的區域中鎖固之帶制動盤的鐵道車輪，對於沿著圓周方向將形成於上述制動盤與上述車輪之間的空間予以橫斷之斷面的面積，該斷面積為最小的最小斷面部，是存在於：由上述圓板部的外周面與上述輞部的 內周面所形成的區域，上述圓板部的上述外周面，在以上述最小斷面部作為起點之外側的區域，為沿著上述輞部之上述內周面的形狀。
於上述之帶BD鐵道車輪中，其中，上述輞部的上述內周面，是包含：與上述輞部之側面連接的轉角面、以及連接上述轉角面與上述板部之側面的內圓轉角面；上述最小斷面部，可以是存在於：在上述輞部之上述內周面中之上述轉角面與上述內圓轉角面的交界，來為其構成。
於上述之帶BD鐵道車輪中，其中，上述輞部的上述內周面，是包含：與上述輞部之側面連接的轉角面、以及連接上述轉角面與上述板部之側面的內圓轉角面；上述最小斷面部，亦可以是存在於：在上述輞部之上述內周面中之上述內圓轉角面的區域，來為其構成。此構成情形時，上述最小斷面部，是以存在於：在上述圓板部之上述外周面中之最為背面側為佳。
又，於上述之帶BD鐵道車輪中，可以採用如下構成：在上述輞部之上述內周面中的上述轉角面，其在沿著軸向之斷面上的輪廓形狀為圓弧狀。
本發明之帶制動盤的鐵道車輪，具有下列的顯著效果： ˙制動盤為簡樸的形狀而具有優秀的生產性者；˙可有效地降低高速行駛中的氣動噪音。
1‧‧‧制動盤
2‧‧‧圓板部
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
2c‧‧‧外周面
a1~a3‧‧‧點(輔助說明用)
3‧‧‧凸鰭部
4‧‧‧螺栓孔
5‧‧‧螺栓
6‧‧‧螺帽
7‧‧‧肋部
7a‧‧‧狹縫
10‧‧‧車輪
11‧‧‧轂部
12‧‧‧輞部
12a‧‧‧側面
12b‧‧‧內周面
b1~b3‧‧‧點(輔助說明用)
12ba‧‧‧轉角面
12bb‧‧‧內圓轉角面
13‧‧‧板部
13a‧‧‧側面
第1A圖，是顯示帶制動盤的鐵道車輪的整體構造的圖面，且為1/4圓部分的平面圖。
第1B圖，是顯示帶制動盤的鐵道車輪的整體構造的圖面，且為沿著半圓部分之徑向的斷面圖。
第2A圖，是局部性地顯示以往之帶制動盤的鐵道車輪的構造的圖面，且是從內周面側觀察制動盤背面的立體圖。
第2B圖，是局部性地顯示以往之帶制動盤的鐵道車輪的構造的圖面，且是從背面側觀察制動盤的平面圖。
第2C圖，是局部性地顯示以往之帶制動盤的鐵道車輪的構造的圖面，且是沿著徑向的斷面圖。
第3A圖，是局部性地顯示專利文獻3所揭示之以往之帶制動盤的鐵道車輪的構造的圖面，且是從內周面側觀察制動盤背面的立體圖。
第3B圖，是局部性地顯示專利文獻3所揭示之以往之帶制動盤的鐵道車輪的構造的圖面，且是沿著徑向的斷面圖。
第4圖，是顯示在帶制動盤的鐵道車輪中之開口面積的總和與氣動噪音程度及通氣量之關係的圖面。
第5A圖，是顯示以非定常氣體流動解析所取得之在固體表面(制動盤及車輪的表面)中的氣體壓力變動的分布的圖面。
第5B圖，是顯示以非定常氣體流動解析所取得之在固體表面(透視制動盤所表示)中的氣體壓力變動的分布的圖面。
第6A圖，是顯示沿著徑向之作為本發明第1實施形態之帶制動盤的鐵道車輪的構造的斷面圖。
第6B圖，是局部性地顯示第6A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第6A圖的矩形區域。
第7A圖，是顯示沿著徑向之作為本發明第2實施形態之帶制動盤的鐵道車輪的構造的斷面圖。
第7B圖，是局部性地顯示第7A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第7A圖的矩形區域。
第8A圖，是顯示沿著徑向之作為本發明第3實施形態之帶制動盤的鐵道車輪的構造的斷面圖。。
第8B圖，是局部性地顯示第8A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第8A圖的矩形區域。
第9A圖，是顯示沿著徑向之以實施例的解析來作為比較例使用之帶制動盤的鐵道車輪的構造的斷面圖。
第9B圖，是局部性地顯示第9A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第9A圖的矩形區域。
第10圖，是顯示作為實施例解析結果之散熱量與氣動噪音程度的關係的圖面。
第11圖，是顯示作為實施例解析結果之通氣量的經時變化的圖面。
如同上述專利文獻3所記載，在制動盤與車輪之間所形成的空間，其中制動盤的圓板部及凸鰭部、與流動在由車輪的板部所包圍的空間之空氣的通氣量，和氣動噪音的程度之間，具有強烈的相關性。
第4圖，是顯示在帶制動盤的鐵道車輪中之開口面積的總和與氣動噪音程度及通氣量之關係的圖面。在此所謂開口面積的總和，是對於制動盤的圓板部及凸鰭部，與由車輪的板部所包圍的空間中，從制動盤的內周側觀察時之開口面積在及於圓周方向全區域上的總和。換言之，開口面積的總和，是針對於沿著圓周方向將形成於制動盤與車輪之間的空間予以橫斷的斷面(以下，稱之為「空間橫斷面」)，當該空間橫斷面的面積成為最小之最小斷面部的面積。例如，如上述第3A圖及第3B圖所示之帶BD鐵道車輪，於制動盤的凸鰭部彼此之間追加有肋部，並於該肋部形成有狹縫之情形時，由於最小斷面部為肋部的位置，故在該肋部的位置之空間橫斷面的面積為第4圖所示之開口面積的總和。又，通氣量是藉由熱流體解析(對1片制動盤)所求得，氣動噪音的程度是藉由實驗所求得。
如第4圖所示，可得知氣動噪音程度是隨著 最小斷面部之面積(開口面積的總和)的增加而變大，通氣量亦有同樣的傾向。
但是，在實際上，氣動噪音，是由氣體壓力的非定常變化(粗密波的傳播現象)所引起。因此，以數值解析預測氣動噪音的產生時，本質上是以對非定常性之氣體流動的變化及其所伴隨之音壓的變化來進行直接性的評估較為理想。
在此，是以上述第3A圖及第3B圖所示之以往帶BD鐵道車輪，也就是在凸鰭部彼此之間追加帶有狹縫之肋部的帶BD鐵道車輪作為對象，依據非定常氣體流動解析實施氣動噪音程度的直接預測。在該解析中，行駛速度是固定於360km/h。
於非定常氣體流動解析所使用之帶BD鐵道車輪之模型的代表性條件如下。
<制動盤>
˙日本新幹線(R)用的鍛鋼盤
˙圓板部的內徑：417mm，圓板部的外徑：715mm
˙從圓板部的滑動面到凸鰭部之前端面(與車輪板部的接觸面)為止的長度：45mm
˙等間隔地形成有中心位在直徑為560mm之同一圓上的12個螺栓孔，於各螺栓孔插通螺栓來鎖固制動盤與車輪。
<車輪>
˙日本新幹線(R)用的壓延車輪
˙內徑：196mm，外徑：860mm
首先，依據上述專利文獻2所記載的方法進行氣動噪音程度的測量，來驗證非定常氣體流動解析之計算手法的妥適性。具體上，是藉由實驗，以精密噪音計測量音壓資料後，進行頻率分析，施加A特性修正後，實施1/3八音度帶(octave band)處理，計算出頻率特性資料與整體(overall)值。並且，對於整體值，對比實驗值(114.5[dB(A)])與計算值(114.8[dB(A)])，而確認了兩者的整合性。
第5A圖及第5B圖，是顯示藉由非定常氣體流動解析所求得之位在固體表面(制動盤及車輪的表面)之氣體壓力變動的分布圖面。第5A圖，是顯示出制動盤及車輪的表面，第5B圖，是透視其中的制動盤而顯示。
在第5A圖及第5B圖所示之固體表面的氣體壓力變動，是以壓力之時間微分值的二次方平均量表示，此為相當於在固體表面(制動盤及車輪表面)的音源分布。從第5A圖及第5B圖中之濃淡顯示之濃的部分的分布可以明確出，行駛中的主要音源，會出現在：制動盤與車輪之間所形成的空間之中，氣體流出區域及其附近，也就是制動盤之圓板部的外周區域及其附近。
從此等情況，在本發明中，為了謀求氣動噪音的降低，對於形成於制動盤與車輪之間的空間之中，並不著眼於先前技術所注目之由制動盤的圓板部及凸鰭部、以及車輪的板部所包圍的空間，而是著眼限定於成為氣體 流出區域之制動盤的圓板部的外周區域，也就是由制動盤的圓板部的外周面與車輪的輞部的內周面所形成的區域。
並且，使用由上述非定常氣體流動解析所形成的數值計算，來調查制動盤的圓板部的外周區域的形態對氣動噪音程度及冷卻性能的影響。其結果，得知只要適當地限定制動盤之外周面的形狀，即便一面將冷卻性能維持在相當於先前技術的程度或是該程度以上，仍可以一面更加地抑制氣動噪音程度，進而使本發明完成。
一般而言，氣體流動，其方向變化愈是急劇，由黏性應力所造成之運動能量的逸散程度就愈大，此種情況下，就容易轉換成為產生聲音的能量。就此點而言，本發明，便是著眼於氣體流出區域的氣體流動，使來自於制動盤與車輪之間的氣體流動方向，以沿著車輪的輞部的表面(側面)之方式進行調整，並以與隨著制動盤的旋轉所產生之沿著滑動面朝向半徑方向外側的氣體流動以較小的角度進行匯流。藉此，使在易成為音源的匯流點附近之氣體流動的方向變化極小化，而實現氣動噪音的降低。
於以下，詳細說明本發明之帶制動盤的鐵道車輪的實施形態。
<第1實施形態>
第6A圖，是顯示作為本發明第1實施形態之帶制動盤的鐵道車輪的構造，為沿著徑向的斷面圖。第6B圖， 是局部性地顯示第6A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第6A圖的矩形區域。在以下之中，對於與上述第1A圖、第1B圖、及第2A圖~第2C圖所示之以往之帶BD鐵道車輪所共通的部分，標示相同的符號，並適度地省略重複的說明。
如第6A圖及第6B圖所示，在第1實施形態中的制動盤1，係具備：圓板部2、以及凸鰭部3。該制動盤1，並不具有如上述第3A圖及第3B圖所示的肋部7。簡要而言，是僅於圓板部2的背面2b，輻射狀地突設有複數個凸鰭部3。
作為制動盤1之材料者，可以採用：鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、鋁、碳纖等。
又，嚴密而言，成為制動盤1之表面2a中之滑動面的區域，為較高出的一段。制動盤1，其滑動面隨著反覆的制動而摩耗，當滑動面的摩耗進行至圓板部2之表面2a的高度時，就得更換。
車輪10，係具備轂部11、及輞部12、以及板部13。輞部12的內周面12b(從第6B圖中的點b1至點b3的範圍)，是包含：與輞部12的側面12a接連的轉角面12ba(從第6B圖中的點b1至點b2的範圍)、及接連轉角面12ba與板部13之側面13a的內圓轉角面12bb(從第6B圖中的點b2至點b3的範圍)。
轉角面12ba及內圓轉角面12bb的形狀，是因應車輛的規格所設計。例如，轉角面12ba，其沿著車 輪10軸向之斷面的輪廓形狀為圓弧狀，且其曲率半徑為固定之單一的R面。內圓轉角面12bb，其沿著車輪10軸向之斷面的輪廓形狀為組合直線與圓弧的形狀，且是將圓錐梯形的斜面與曲率半徑為一定之R面予以組合的複合面。當然，內圓轉角面12bb，可以是單一的R面，也可以是曲率半徑有所變化的自由曲面。
在此，在第1實施形態的帶BD鐵道車輪中，對於將制動盤1與車輪10之間所形成的空間沿著圓周方向橫斷的空間橫斷面，該空間橫斷面之面積為最小的最小斷面部，是存在於：由制動盤1之圓板部2的外周面2c與車輪10之輞部12的內周面12b所形成的區域。具體而言，在輞部12的內周面12b之中是存在於轉角面12ba與內圓轉角面12bb的交界b2。
對應於此，制動盤1之圓板部2的外周面2c(從第6B圖中的點a1至點a3的範圍)，是以與輞部12的轉角面12ba和內圓轉角面12bb的交界b2相對向的位置a2為起點，從此處沿著厚度方向往外側(表面2a側)之區域(從第6B圖中的點a1至點a2的範圍)的形狀，是成為沿著輞部12之內周面12b中之轉角面12ba的形狀。亦即，在該區域的範圍內，制動盤1之圓板部2的外周面2c與車輪10之輞部12的內周面12b為近接而相對向。在此所謂的近接，是指間隔1mm~5mm左右的縫隙。另一方面，在脫離該區域之內側(制動盤1的背面2b側)的區域(從第6B圖中的點a2至點a3的範圍) 中，圓板部2的外周面2c為不沿著輞部12的內周面12b地開離。
於如此之構成的帶BD鐵道車輪中，制動盤1，並不具有肋部7，僅於圓板部2的背面具備有凸鰭部3，而為簡素的形狀。因此，制動盤1的製造製程上不會煩雜化，制動盤1的生產性佳。即使藉由鍛造來製造制動盤1之情形時，也不會增大對模具的負荷，故不會使模具壽命縮短。當然，制動盤1之圓板部2的外周面2c，是必須施以機械加工成為：與車輪10之輞部12的內周面12b之形狀相對應的形狀，不過該機械加工，是不同於以往之肋部或是狹縫的追加加工，是可以在制動盤1之一連串的機械加工中簡單地進行。
又，依據第1實施形態的帶BD鐵道車輪，在高速行駛中，流動在制動盤1與車輪10之間的空氣，最後是以一面沿著輞部12的內周面12b(轉角面12ba)同時沿著輞部12的側面12a之方式流出(請參照第6B圖中的實線箭頭)。因此，從制動盤1與車輪10之間所流出的空氣，會與隨著制動盤1的旋轉所產生之沿著滑動面而朝半徑方向外側的氣體流動(請參照第6B圖中的點線箭頭)以較小的角度匯流。藉此，由於使得在容易成為音源的合流點附近之氣體流動的方向變化極小化，所以可有效地減低氣動噪音。
<第2實施形態>
第7A圖，是顯示作為本發明第2實施形態之帶制動盤的鐵道車輪的構造，為沿著徑向的斷面圖。第7B圖，是局部性地顯示第7A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第7A圖的矩形區域。第2實施形態的帶BD鐵道車輪，是以上述第1實施形態的構成作為基本，對上述第1實施形態變更以下之點者。
在第2實施形態之帶BD鐵道車輪中，制動盤1與車輪10之間之空間橫斷面的最小斷面部，是存在於：由制動盤1之圓板部2的外周面2c與車輪10之輞部12的內周面12b所形成的區域之中，且在輞部12之內圓轉角面12bb的區域(請參照第7B圖中的點b4)。
對應於此，制動盤1之圓板部2的外周面2c(從第7B圖中的點a1至點a3的範圍)，是以與位在輞部12的內圓轉角面12bb中之最小斷面部(第7B圖中的點b4)相對向的位置a4為起點，從此處沿著厚度方向往外側(表面2a側)之區域(從第7B圖中的點a1至點a4的範圍)的形狀，是成為沿著輞部12之內周面12b中的轉角面12ba以及內圓轉角面12bb之一部分的形狀。亦即，在該區域的範圍內，制動盤1之圓板部2的外周面2c與車輪10之輞部12的內周面12b為近接而相對向。另一方面，在脫離該區域之內側(制動盤1的背面2b側)的區域(從第7B圖中的點a4至點a3的範圍)中，圓板部2的外周面2c為不沿著輞部12的內周面12b地開離。
如此所構成之第2實施形態的帶BD鐵道車輪，亦可達到與上述第1實施形態同樣的效果。
<第3實施形態>
第8A圖，是顯示作為本發明第3實施形態之帶制動盤的鐵道車輪的構造，為沿著徑向的斷面圖。第8B圖，是局部性地顯示第8A圖之帶制動盤的鐵道車輪的斷面圖，且是顯示第8A圖的矩形區域。第3實施形態的帶BD鐵道車輪，是將上述第2實施形態的態樣予以變形者。
亦即，在第3實施形態之帶BD鐵道車輪中，制動盤1與車輪10之間之空間橫斷面的最小斷面部，是存在於：由制動盤1之圓板部2的外周面2c與車輪10之輞部12的內周面12b所形成的區域之中，且在圓板部2之外周面2c之中最為背面2b側(請參照第8B圖中的點a3)。
制動盤1之圓板部2的外周面2c(從第8B圖中的點a1至點a3的範圍)，是以最為背面2b側的位置a3為起點，從此處沿著厚度方向往外側(表面2a側)之區域的形狀，是成為沿著輞部12之內周面12b中的轉角面12ba的幾乎全面以及內圓轉角面12bb之一部分的形狀。亦即，制動盤1之圓板部2的外周面2c，是及於厚度方向之全區域地與車輪10之輞部12的內周面12b近接而相對向。
此情形下，制動盤1與車輪10之間之空間橫斷面的最小斷面部，是對應於制動盤1之圓板部2的外周面2c中最為背面2b側的位置a3，且存在於車輪10之輞部12之內圓轉角面12bb的區域(請參照第8B圖中的點b5)。
如此所構成之第3實施形態的帶BD鐵道車輪，亦可達到與上述第1實施形態同樣的效果。
[實施例]
為了確認由本發明之帶BD鐵道車輪所達成的效果，實施了非定常氣體流動解析以及熱流體解析，來評估氣動噪音程度、冷卻性能、以及通氣量。解析之對象，作為本發明例1者，是採用了上述第6A圖及第6B圖所示之第1實施形態的帶BD鐵道車輪，作為本發明例2者，是採用了上述第8A圖及第8B圖所示之第3實施形態的帶BD鐵道車輪。
又，作為比較例者，如第9A圖及第9B圖所示，是採用了在凸鰭部3彼此之間追加帶有狹縫7a之肋部7的帶BD鐵道車輪。第9A圖及第9B圖所示的帶BD鐵道車輪，是與上述第3A圖及第3B圖所示之以往的帶BD鐵道車輪相同。在比較例之帶BD鐵道車輪中，制動盤1之圓板部2的外周面2c，是不沿著輞部12的內周面12b而呈開離。
本發明例1及2以及比較例之帶BD鐵道車 輪，皆是將制動盤予以中央鎖固者。
於解析所使用之帶BD鐵道車輪之模型的代表性條件，是與上述之非定常氣體流動解析時相同。又，非定常氣體流動解析的手法也同樣。非定常氣體流動解析以及熱流體解析，其行駛速度皆固定為360km/h。
作為冷卻性能的評估指標者，是導入：由每1片制動盤的表面平均熱傳導率與表面積的積算值所定義的散熱量。該散熱量愈大，意味著冷卻性能愈優秀。
通氣量的評估，是進行了在制動盤與車輪之間之空間橫斷面的最小斷面部該處之通氣量的單位時間平均，以及其變動幅度。
結果顯示於後述之表1、第10圖及第11圖。
第10圖，是顯示作為實施例之解析結果的散熱量與氣動噪音程度的關係圖面。第11圖，是顯示作為實施例之解析結果的通氣量的經時變化圖面。如表1及第10圖所示，可以確認到本發明例1、2，一面具有與比較 例同等以上的冷卻性能，同時更可以降低氣動噪音程度。又，本發明例1、2，由於最小斷面部的面積比比較例還大，所以平均通氣量增加，冷卻性能較高。而且，如表1及第11圖所示，本發明例1，2，通氣量的變動幅度比比較例還小，而可提升靜音性。根據此等結果，得知藉由適當地變更作為設計因子之最小斷面部的面積，是能夠適切地控制帶BD鐵道車輪的靜音性、以及在制動時之制動盤的冷卻性能。
[產業上之可利用性]
本發明之帶制動盤的鐵道車輪，係可以有效地利用在具有盤式制動器之所有鐵道車輛，其中，更是可以利用於高速鐵道車輛。
1‧‧‧制動盤
2‧‧‧圓板部
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
2c‧‧‧外周面
a1~a3‧‧‧點(輔助說明用)
3‧‧‧凸鰭部
10‧‧‧車輪
12‧‧‧輞部
12a‧‧‧側面
12b‧‧‧內周面
b1~b3‧‧‧點(輔助說明用)
12ba‧‧‧轉角面
12bb‧‧‧內圓轉角面
13‧‧‧板部
13a‧‧‧側面

Claims (5)

  1. 一種帶制動盤的鐵道車輪，為具備：鐵道車輛用的車輪，其具備有轂部、輞部、和用以結合此等之板部；及制動盤，其具備有以表面側作為滑動面之甜甜圈形的圓板部、和於上述圓板部之背面呈輻射狀突出設置的複數個凸鰭部；2片上述制動盤是以使各個上述滑動面朝向外側的狀態下夾住上述車輪的上述板部，並在上述滑動面內的區域中鎖固之帶制動盤的鐵道車輪，其特徵為：對於沿著圓周方向將形成於上述制動盤與上述車輪之間的空間予以橫斷之斷面的面積，該斷面積為最小的最小斷面部，是存在於：由上述圓板部的外周面與上述輞部的內周面所形成的區域，上述圓板部的上述外周面，在以上述最小斷面部作為起點之外側的區域，為沿著上述輞部之上述內周面的形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶制動盤的鐵道車輪，其中，上述輞部的上述內周面，是包含：與上述輞部之側面連接的轉角面、以及連接上述轉角面與上述板部之側面的內圓轉角面；上述最小斷面部，是存在於：在上述輞部之上述內周面中之上述轉角面與上述內圓轉角面的交界。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之帶制動盤的鐵道車輪，其中，上述輞部的上述內周面，是包含：與上述輞部之側面連接的轉角面、以及連接上述轉角面與上述板部之側面的內圓轉角面；上述最小斷面部，是存在於：在上述輞部之上述內周面中之上述內圓轉角面的區域。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之帶制動盤的鐵道車輪，其中，上述最小斷面部，是存在於：在上述圓板部之上述外周面中之最為背面側。
  5. 如申請專利範圍第2至4項中之任一項所述之帶制動盤的鐵道車輪，其中，在上述輞部之上述內周面中的上述轉角面，其沿著軸向之斷面的輪廓形狀為圓弧狀。
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