TWI466791B - Railway vehicle trolley steering method and device and railway vehicle trolley - Google Patents

Description

鐵道車輛用台車的操舵方法及裝置以及鐵道車輛用台車

本發明，是有關於對於被搭載於鐵道車輛的台車的台車框，意圖轉動被配置於車輛的進行方向前後的2條的車輪軸的操舵裝置的操舵方法、及實施此操舵方法的操舵裝置、以及設有此操舵裝置的台車，特別是藉由線性感應馬達行走的線性台車。以下，將車輛的進行方向前側只稱為「前側」或「前方」，且將車輛的進行方向後側只稱為「後側」或「後方」。

鐵道車輛用台車的操舵裝置，是車輛是通過曲線路時，為了減少作用於車輪的繞轉阻力(橫壓)，而將被配置於前後的2條的車輪軸朝平擺方向轉動。

現在被實用化的操舵裝置，是將2條的車輪軸前後對稱地轉動，使成為幾何學上最理想的操舵角(以下稱為徑向操舵角)的方式設定操舵角。

在此車輪軸的車輪沿著曲線的最理想的操舵狀態下的操舵角也就是徑向操舵角，是如第14圖所示，操舵角為β，曲線半徑為R，台車2的中心及車輪軸3的中心的距離為a的話，成為下述數式1的關係式。又，第14圖中的1是顯示車體，4是顯示軌道。

[數1]β=sin^-1 (a/R)

但是在曲線通過時，會因為對於車體和台車的轉動的阻力而使實際的操舵角不足。因此，使成為徑向操舵角的方式設定操舵角的情況時，直到車輪軸朝向軌道曲線的曲率中心C為止之前不會轉動。

在此，為了補足起因於車體及台車之間、和操舵裝置、軸箱支撐裝置等的各部的阻力之操舵角不足，在專利文獻1中提案，賦予比徑向操舵角更大的操舵角的技術。

由此專利文獻1所提案被的技術，當設定操舵角比徑向操舵角更大的情況時，在曲線中央部，車輛的前側台車中的前方車輪軸的外軌側的橫壓會減少。以下，將各別配置在車輛前後的2軸台車的車輪軸，從前側依序稱為：第1車輪軸、第2車輪軸、第3車輪軸、第4車輪軸。

但是專利文獻1所提案的技術，同樣也將車輪軸朝前後對稱轉動的構造。因此，進入曲線出口的直線部(以下稱為出口直線部)的話，如第15圖所示會成為過度操舵的姿勢，使第1車輪軸的內軌側的橫壓增加。又，第15圖中的2a是顯示前側的台車，2b是顯示後側的台車，3a是顯示第1車輪軸，3b是顯示第2車輪軸，3c是顯示第3車輪軸，3d是顯示第4車輪軸，4a是顯示內軌側的軌道，4b是顯示外軌側的軌道。

[先行技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平10-203364號公報

本發明所欲解決的問題點，是將車輪軸前後對稱地轉動的構造的操舵裝置的情況，為了使性能更提高之目的而增加操舵角，在進入出口直線部時會成為過度操舵的姿勢而使第1車輪軸的內軌側的橫壓增加的點。

本發明的鐵道車輛用台車的操舵方法，是不是只有解決出口直線部中的過操舵狀態，且為了可比將前後的車輪軸設定成徑向操舵角的情況的曲線通過性能更提高，對於被搭載於鐵道車輛的台車的台車框，意圖轉動被配置於前後的2條的車輪軸之操舵裝置的操舵方法，將前側的車輪軸的操舵角，成為比後側的車輪軸的操舵角更大的方式進行操舵為其最主要的特徵。

在本發明的鐵道車輛用台車的操舵方法中，藉由將前側的車輪軸的操舵角，成為比後側的車輪軸的操舵角更大的方式進行操舵，使台車姿勢朝轉向不足方向變化，緩和曲線出口中的過操舵狀態並抑制內軌側的橫壓的增大。另一方面，藉由加大操舵前側的車輪軸，對於前側的車輪軸的外軌側的橫壓，可獲得減少的效果。

依據本發明的話，在圓曲線中可減少前側的車輪軸的 外軌側的橫壓並使曲線通過性能進一步提高，且可以緩和曲線出口的直線部中的過操舵姿勢並抑制前側的車輪軸的內軌側的橫壓增加。

本發明，不是只有解決出口直線部中的過操舵狀態，且在圓曲線中可減少前側的車輪軸的外軌側的橫壓使曲線通過性能進一步提高之目的，可藉由將前側的車輪軸的操舵角，成為比後側的車輪軸的操舵角更大的方式進行操舵而實現。

實施例

以下，將本發明將實施用的實施例，使用第1圖~第13圖說明。

具備將前後2條的車輪軸對稱轉動的操舵裝置的習知台車，是設定成徑向操舵角的方式行走於圓曲線的情況(以下稱為習知技術)時，實際的操舵角會不足。

另一方面，前述習知台車，若賦予比徑向操舵角大的操舵角的情況(以下稱為專利文獻1的技術)時，因為出口直線部中的台車姿勢是成為轉向過度而使前側的車輪軸的內軌側的橫壓增加，所以進一步的性能提高是困難的。

在此，發明人等，是對於此問題考慮將操舵角成為前後非對稱。在日本特開2000-272514號公報中被揭示，將後側的車輪軸的操舵角增加的話，台車姿勢是成為轉向過 度的技術。但是，在本發明著眼的問題，是藉由此轉向過度所發生者，無法藉由增加後側的車輪軸的操舵角的技術被解決。

在本發明中，利用藉由將前側的車輪軸的操舵角比後側的車輪軸的操舵角更大，使在操舵裝置發生前後相異的操舵反力。即，將配置於台車11的前側的車輪軸12a的操舵角α 1比後側的車輪軸12b的操舵角α 2更增加而成為α 1>α 2的情況(第1圖(a)參照)時，前側的車輪軸12a的操舵反力F1及後側的車輪軸11b的操舵反力F2，是成為F1>F2(第1圖(b)參照)。

如第1圖(b)所示，藉由使操舵反力F1及F2成為不平衝，在台車11中使反力的不平衝分也就是FS被傳達(第1圖(a)參照)。由此，因為發生M1的力矩，圓曲線行走中的台車11的姿勢會朝轉向不足方向變化。此姿勢變化，是因為可緩和曲線出口中的過操舵狀態，所以可以抑制內軌側的橫壓的增大。另一方面，藉由加大前側的車輪軸12a操舵，對於前側的車輪軸12a中的外軌側的橫壓可獲得減少的效果。這是申請專利範圍第1項的發明。

藉由此申請專利範圍第1項的發明，可抑制出口直線部的行走時中的前側的車輪軸12a的內軌側的橫壓，且可以達成曲線行走中的前側的車輪軸12a的外軌側的橫壓的減少。

藉由模擬比較了：將車輪軸前後對稱轉動的習知技術、及專利文獻1的技術、及前述本發明的性能。

模擬條件，是設想車輪式線性車輛由35km/hr的速度V行走在半徑R為100m的曲線的情況。安全性的價值，是使用：圓曲線中的前側的車輪軸的外軌側橫壓、曲線出口的直線部中的前側的車輪軸的內軌側橫壓。

第2圖，是顯示對於被設定成徑向操舵角的後側的車輪軸，將前側的車輪軸的操舵角α 1，比徑向操舵角、徑向操舵角增加20%、30%、40%、50%，行走於圓曲線時的情況的台車框的平擺角。又，第2圖中的縱軸，是轉向不足方向為正。

從第2圖可了解，將前側的車輪軸的操舵角α 1比後側的車輪軸的操舵角α 2更增加的話，台車框的平擺角會朝反操舵方向增加，台車會成為更轉向不足姿勢。

這是起因於如前述，操舵反力的不平衝分朝台車被傳達，使力矩M1發生(第1圖參照)。將前側的車輪軸的操舵角α 1比後側的車輪軸的操舵角α 2更增加的話，因為只有前側的車輪軸的操舵反力F1增加而使力矩M1也變大，台車的姿勢會成為更轉向不足姿勢。

將車輪軸前後對稱轉動的習知技術及專利文獻1的技術的情況，是藉由操舵角的增加使出口直線部中的前側的車輪軸的內軌側的橫壓增大(參照第3圖(a)的習知技術及專利文獻1的技術)。

但是將前側的車輪軸的操舵角α 1比後側的車輪軸的操舵角α 2更增加的本發明的情況時，因為是藉由上述的姿勢變化使出口直線部中的過操舵狀態被緩和，所以前側 的車輪軸的內軌側的橫壓，是與習知技術幾乎沒有變化(第3圖(a)參照習知技術及本發明)。即使將前側的車輪軸的操舵角α 1比徑向操舵角增加20%至50%，前側的車輪軸的內軌側的橫壓是幾乎無變化(第3圖(b)參照)。

另一方面，因為加大操舵前側的車輪軸，所以圓曲線中的前側的車輪軸的外軌側的橫壓，即使本發明的情況，雖與專利文獻1的技術相比與若干差，但與習知技術相比可獲得減少的效果(第4圖參照)。

以上，如以上說明，在申請專利範圍第1項的發明中，在抑制出口直線部中的前側的車輪軸的內軌側的橫壓的狀態下，曲線的通過性能就可提高。

考慮實際行走中的運用的情況，有需要考慮1車輛即2台車，必需從第1車輪軸~第4車輪軸的各傾向來評價曲線通過性。

考慮1車輛的情況，在專利文獻1的技術中，會有因為操舵角的增加而使後側的台車成為更轉向過度姿勢的傾向。由此，在第3車輪軸中開始角成為負使輪徑差不足等，而使曲線通過性能惡化。

在此，藉由對於第3車輪軸加上踏面磨耗指標(使用Elkins&Eickoff的磨耗指標)的評價，從安全性及維修性的兩面說明本發明的優異點。

使第1、3車輪軸的操舵角比第2、4車輪軸的操舵角更大的方式，配置台車的情況時，圓曲線中的第1車輪軸 的外軌側的橫壓、出口直線部中的第1車輪軸的內軌側的橫壓，是顯示與前述同樣的傾向，可同樣獲得安全性的效果。這是申請專利範圍第2項的發明。

另一方面，有關第3車輪軸的磨耗指標，因為是將前側的第1、3車輪軸的操舵角比後側的第2、4車輪軸的操舵角更大，所以後側的台車中的轉向過度姿勢也被緩和，而存在也可以抑制磨耗指標的增加的範圍。

第5圖，是顯示將後側的第2、4車輪軸作為徑向操舵角，將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加20%、30%、40%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

從此第5圖可了解，將後側的第2、4車輪軸作為徑向操舵角的情況的將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加的比率的最大限度界值，是踏面摩擦指標與專利文獻1的技術同等的值也就是35.3%。

且第6圖，是比較了：將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加20%、將後側的第2、4車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加10%、20%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

且第7圖，是比較了：將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加30%、將後側的第2、4車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加5%、10%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

從此第7圖可了解，將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加30%的情況的將後側的第2、4車輪軸比徑向 操舵角增加的比率的最大限度界值，是踏面摩擦指標與專利文獻1的技術同等的值也就是8.8%。

從第5圖~第7圖的結果，對於第3車輪軸的磨耗指標，求得不超過專利文獻1的技術的上限值，與專利文獻1的技術相比第3車輪的磨耗指標是減少的條件的話由○圖示，增加的條件的話由×圖示者是第8圖。

第1、3車輪軸的操舵角α 1是比第2、4車輪軸的操舵角α 2大的情況時，可獲得較大的本發明的效果是在第8圖中附加○的範圍。即，α 1>α 2、第2、4車輪軸是徑向操舵角以上，且由將：第2、4車輪軸是徑向操舵角的情況時第1、3車輪軸是比徑向操舵角增加35.3%的值、及第1、3車輪軸是比徑向操舵角增加30%的情況時第2、4車輪軸是比徑向操舵角增加8.8%的值連結的直線被包圍的範圍。這是申請專利範圍第3項的發明。

但是鐵道車輛的進行方向是也有朝相反方向的情況。 進行方向是成為逆的情況時，藉由將第1、4車輪軸的操舵角，比第2、3車輪軸的操舵角更大就可以對應。該情況時，圓曲線中的第1車輪軸的外軌側的橫壓、出口直線部中的第1車輪軸的內軌側的橫壓的傾向也不變，第3車輪軸的踏面磨耗指標可減少。

第9圖，是比較了：將第2、3車輪軸作為徑向操舵角、將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加20%、30%、40%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

從此第9圖可了解，將第2、3車輪軸作為徑向操舵 角的情況的將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加的比率的最大限度界值，是踏面摩擦指標與專利文獻1的技術同等的值也就是39.3%。

且第10圖，是比較了：將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加20%、將第2、3車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加5%、10%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

且第11圖，是比較了：將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加30%、將第2、3車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加5%、10%、15%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

從此第11圖可了解，將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加30%的情況的將第2、3車輪軸比徑向操舵角增加的比率的最大限度界值，是踏面摩擦指標與專利文獻1的技術同等的值也就是10.8%。

從第9圖~第11圖的結果，對於第3車輪軸的踏面磨耗指標，求得不超過專利文獻1的技術的上限值，與專利文獻1的技術相比第3車輪軸的踏面磨耗指標是減少的條件的話圖示○，增加的條件的話圖示×者是第12圖。

第1、4車輪軸的操舵角是比第2、3車輪軸的操舵角更大的情況時，可更獲得本發明的效果的是在第12圖中附加○的範圍。即，第1、4車輪軸的操舵角>第2、3車輪軸的操舵角，第2、3車輪軸是徑向操舵角以上，且由將：第2、3車輪軸是徑向操舵角的情況時第1、4車輪軸 是比徑向操舵角增加39.3%的值、及第1、4車輪軸是比徑向操舵角增加30%使的情況時第2、3車輪軸是比徑向操舵角增加10.8%的值連結的直線被包圍的範圍。這是申請專利範圍第4項的發明。

實施上述本發明的鐵道車輛用台車的操舵方法的操舵裝置，是可以將前側的車輪軸的操舵角比後側的車輪軸的操舵角更大的話，其構成雖不拘，但是採用使用例如第13圖所示的連桿的操舵機構較佳。

即，21，是將一方端側可旋轉自如地安裝於台車框22的槓桿。且，將此槓桿21的前述旋轉的支點23挾持的等間隔位置及將前後的車輪軸24a、24b的軸箱25a、25b之間由第1連桿26a、26b可旋轉自如地連結，另一方面將槓桿22的另一方端部及承梁27之間由第2連桿26c可旋轉自如地連結。

這種構成的本發明的操舵機構的情況，在曲線通過時，藉由對於台車框22的承梁27的旋轉，並藉由第2連桿26c使槓桿21以支點23為中心旋轉。且，藉由以槓桿21的始點23為中心的旋轉，透過第1連桿26a、26b、軸箱25a、25b將前後的車輪軸24a、24b各別由預定的操舵角操舵。

在將此本發明的操舵機構搭載的例如將馬達作為驅動源的鐵道車輛用台車中，如第13圖的黑塗裝箭頭操舵的情況時，齒輪裝置和制動器欲對應車輪軸的旋轉是困難的。

因此，搭載了本發明的操舵機構的鐵道車輛用台車，與其將馬達作為驅動源的通常的鐵道車輛用台車，沒有如第13圖所示的齒輪裝置，而是由碟剎28就可容易對應，所以藉由線性感應馬達29行走的線性車輛用較佳。

本發明當然不限定於上述的例，請求的範圍所揭示的技術的思想的範疇的話，不用說當然也可以適宜變更實施例。

2‧‧‧台車

3‧‧‧車輪軸

11‧‧‧台車

11a‧‧‧車輪軸

11b‧‧‧車輪軸

12‧‧‧台車

12a‧‧‧前側的車輪軸

12b‧‧‧後側的車輪軸

21‧‧‧槓桿

22‧‧‧台車框

23‧‧‧支點

24a，24b‧‧‧車輪軸

25a，25b‧‧‧軸箱

27‧‧‧承梁

28‧‧‧碟剎

29‧‧‧線性感應馬達

26a、26b‧‧‧第1連桿

26c‧‧‧第2連桿

[第1圖](a)是說明前側的車輪軸的操舵角比後側的車輪軸的操舵角更增加的情況的舉動的圖，(b)是說明(a)圖的情況中的前後的車輪軸的操舵反力的圖。

[第2圖]顯示對於被設定成徑向操舵角的後側的車輪軸，將前側的車輪軸的操舵角比徑向操舵角、徑向操舵角增加20%、30%、40%、50%的情況的圓曲線行走中的台車框的平擺(yawing)角的圖。

[第3圖]比較了出口直線部中的前側的車輪軸的內軌側的橫壓的圖，(a)是比較了習知技術及本發明及專利文獻1的技術的圖，(b)是比較了對於被設定成徑向操舵角的後側的車輪軸，將前側的車輪軸的操舵角比徑向操舵角、徑向操舵角增加20%、30%、40%、50%的情況的圖。

[第4圖]比較了習知技術及本發明及專利文獻1的技術的圓曲線中的前側的車輪軸的外軌側的橫壓的圖。

[第5圖]比較了將後側的第2、4車輪軸作為徑向操舵角，將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加20%、30%、40%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

[第6圖]比較了將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加20%，將後側的第2、4車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加10%、20%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

[第7圖]比較了將前側的第1、3車輪軸比徑向操舵角增加30%，將後側的第2、4車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加5%、10%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

[第8圖]顯示第1、3車輪軸的操舵角比第2、4車輪軸的操舵角更大的情況時，可獲得較大的本發明的效果的範圍的圖。

[第9圖]比較了將第2、3車輪軸作為徑向操舵角，將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加20%、30%、40%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

[第10圖]比較了將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加20%，將第2、3車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加5%、10%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

[第11圖]比較了將第1、4車輪軸比徑向操舵角增加30%，將第2、3車輪軸比徑向操舵角、徑向操舵角增加5%、10%、15%的情況的第3車輪軸的踏面磨耗指標的圖。

[第12圖]顯示第1、4車輪軸的操舵角比第2、3車輪軸的操舵角更大的情況時，可獲得較大的本發明的效果的範圍的圖。

[第13圖]顯示實施本發明的操舵方法的操舵裝置的較佳例的圖，(a)是從側面所見的圖，(b)是將(a)圖從背面側所見的俯視圖。

[第14圖]顯示操舵角的概念的圖。

[第15圖]說明對於專利文獻1所提案的技術，在進入出口直線部的情況時的第1車輪軸的內軌側的橫壓增加的圖。

11‧‧‧台車

12a‧‧‧前側的車輪軸

12b‧‧‧後側的車輪軸

Claims (5)

1. 一種鐵道車輛用操舵台車的操舵方法，是對於構成各別被配置在鐵道車輛的車輛進行方向前後的2軸台車的台車框，意圖轉動被配置於車輛進行方向前後的2條的車輪軸的操舵裝置的操舵方法，其特徵為：使各別被配置在車輛進行方向前後的2軸台車的車輛進行方向前側的第1、3車輪軸的操舵角α 1，成為比車輛進行方向後側的第2、4車輪軸的操舵角α 2更大的方式操舵，車輛進行方向後側的第2、4車輪軸的操舵角α 2是徑向操舵角以上，且在由：車輛進行方向後側的第2、4車輪軸的操舵角α 2是徑向操舵角的情況時車輛進行方向前側的第1、3車輪軸的操舵角α 1是比徑向操舵角增加35.3%的值、及車輛進行方向前側的第1、3車輪軸的操舵角α 1是比徑向操舵角增加30%的情況時車輛進行方向後側的第2、4車輪軸的操舵角α 2是比徑向操舵角增加8.8%的值所連結的直線被包圍的範圍進行操舵。
2. 一種鐵道車輛用操舵台車的操舵方法，對於構成各別被配置在鐵道車輛的車輛進行方向前後的2軸台車的台車框，意圖轉動被配置於車輛進行方向前後的2條的車輪軸的操舵裝置的操舵方法，其特徵為：第1、4車輪軸的操舵角是比第2、3車輪軸的操舵角更大，第2、3車輪軸是徑向操舵角以上，且在由：第2、3車輪軸是徑向操舵角的情況時第1、4車輪軸是比徑向操 舵角增加39.3%的值、及第1、4車輪軸是比徑向操舵角增加30%的情況時第2、3車輪軸是比徑向操舵角增加10.8%的值所連結的直線被包圍的範圍進行操舵。
3. 一種鐵道車輛用操舵台車的操舵裝置，其特徵為：是實施如申請專利範圍第1或2項的其中任一項的操舵方法的操舵裝置，其是使用連桿的操舵機構。
4. 一種鐵道車輛用台車，其特徵為：設有如申請專利範圍第3項的操舵裝置。
5. 一種鐵道車輛用線性台車，其特徵為：設有如申請專利範圍第3項的操舵裝置。