TWI529084B - Railway vehicle frame - Google Patents

Description

鐵道車輛的車架

本發明是關於鐵道車輛的車架。

鐵道車輛，在車架安裝有主電動機及齒輪裝置，主電動機的動力是透過齒輪裝置而傳遞至輪軸，進而行駛於軌道上。

第1圖，是顯示傳統車架的俯視圖。第2圖，是放大顯示傳統車架之橫樑中，承座之部位的俯視圖。如第1圖所示，車架101具備：沿著軌道方向配置於左右的一對側樑102、及連接前述側樑102的橫樑103。橫樑103是由圓筒狀的鋼管所構成，其兩端分別藉由焊接而接合於側樑102。

橫樑103在其外周面，藉由焊接接合有用來安裝主電動機的承座(以下，稱為「主電動機用承座」)104，並且藉由焊接接合有用來安裝齒輪裝置的承座(以下，稱為「齒輪裝置用承座」)105(譬如，請參考專利文獻1、2)。

在此，主電動機用承座104及齒輪裝置用承 座105與橫樑103，原本是完全獨立的個別構件。主電動機用承座104，在鐵道車輛的行駛期間由於主電動機而承受動力的反作用力、及所謂主電動機本身之重量的高負荷，因此大量採用肋條結構(rib structure)。齒輪裝置用承座105也相同。因為這緣故，在傳統的車架101中，由於將肋條結構的各承座104、105焊接於圓筒狀的橫樑103，焊接線的短焊接部變多。焊接部在焊接的起點部與終點部有焊接品質下降的傾向，在短焊接線的場合上述傾向更容易浮現。

此外，在各承座104、105與橫樑103之間的焊接部，容易在鐵道車輛的行駛中，因為各承座104、105所承受的高負荷而產生應力集中。特別是如第2圖所示，在接合於橫樑103之各承座104、105的上面部及下面部的末端(裙擺)部分(第2圖中，以粗線的圓所圍繞的部分)，存在被稱為「角形前緣」之填角焊接的前緣(toe)，應力集中於該角形前緣。因此，角形前緣必須利用研磨機予以研磨成平滑。

車架由於在組裝時，焊接占其施工的絕大部分，因此要求絕佳的焊接施工性。但是，在傳統的車架101中，如同以上所述，當將主電動機用承座104及齒輪裝置用承座105焊接接合於橫樑103時，除了焊接線短的焊接部甚多之外，由於角形前緣必須加以研磨，因此容易凸顯焊接部的品質不良，且焊接施工的效率不佳。據此，傳統的車架101於組裝時的焊接施工性不彰。

[專利文獻1]日本特許第4292980號公報

[專利文獻2]日本特許第3873659號公報

本發明，是有鑒於上述問題所研發而成的發明，其目的是提供一種：可於組裝時實現絕佳焊接施工性之鐵道車輛的車架。

本案的發明人，為了達成上述目的，乃將「當將主電動機用承座及齒輪裝置用承座焊接接合於橫樑時，既能確保焊接部的品質，又能提高焊接施工的效率」作為目標，針對「可減少焊接線短的焊接部，並減少需要研磨之角形前緣」的技術反覆地鑽研。其結果發現以下的見解有效：橫樑形成4個面板接合的構造，此外，在構成4個面之各個板構件中的頂板構件及底板構件，與前述構件一體地形成相當於「主電動機用承座和齒輪裝置用承座的上面部及下面部」的承座支承部，並將承座焊接接合於該承座支承部。

本發明是根據上述的見解所完成的發明，其要旨在於下述之鐵道車輛的車架。亦即，是具備「沿著軌道方向配置的左右一對側樑」、及「連接前述側樑的橫樑 」之鐵道車輛的車架，其特徵為：橫樑是由以下所構成：頂板構件；底板構件；及配置於前述頂板構件與底板構件之間，並焊接接合的前後一對側板構件，對應於「分別用來安裝主電動機及齒輪裝置之承座」所配置的位置，從頂板構件及底板構件的前後邊緣延伸出承座支承部，並將承座焊接接合於承座支承部。

此外，上述的車架，從前述承座支承部的左右邊緣到前述頂板構件及前述底板構件之前後邊緣的輪廓形狀，最好是在3處以上的部位形成彎折的裙襬狀。

在以上的車架中，前述側樑是由以下所構成：側樑用頂板構件；側樑用底板構件；及配置於上述側樑用頂板構件與側樑用底板構件之間，並焊接接合的左右一對側樑用側板構件，對應於前述橫樑所配置的位置，從側樑用頂板構件及側樑用底板構件的左右邊緣延伸出連接部，最好是將前述橫樑的左右各端部夾入連接部的彼此之間並焊接接合。

根據本發明之鐵道車輛的車架，當將主電動機用承座及齒輪裝置用承座焊接接合於橫樑時，可減少焊接線短的焊接部，並減少必須研磨的角形前緣。其結果，既能確保焊接部的品質，又能提高焊接施工的效率，可於組裝時實現絕佳的焊接施工性。

1‧‧‧車架

2‧‧‧側樑

3‧‧‧橫樑

4‧‧‧主電動機用承座

5‧‧‧齒輪裝置用承座

6‧‧‧彈簧帽構件

21‧‧‧側樑用頂板構件

22‧‧‧側樑用底板構件

23‧‧‧側樑用側板構件

24‧‧‧連接部

31‧‧‧橫樑用頂板構件

31a‧‧‧橫樑用頂板構件的前後邊緣

32‧‧‧橫樑用底板構件

32a‧‧‧橫樑用底板構件的前後邊緣

33‧‧‧橫樑用側板構件

34‧‧‧主電動機用承座支承部

34a‧‧‧主電動機用承座支承部的左右邊緣

35‧‧‧齒輪裝置用承座支承部

35a‧‧‧齒輪裝置用承座支承部的左右邊緣

Wg‧‧‧焊珠(welding bead)

第1圖：為顯示傳統車架的俯視圖。

第2圖：是放大顯示傳統車架之橫樑上的承座之部位的俯視圖。

第3圖：是顯示本發明中車架之一例的立體圖，其中第3圖(a)顯示從斜上方所見的狀態，第3圖(b)顯示從斜下方所見的狀態。

第4圖：為第3圖所示之車架的俯視圖。

第5圖：在本發明之車架的橫樑上的承座支承部，提高安全率之方法的其中一例，是放大顯示承座支承部之部位的剖面圖。

第6圖：在本發明之車架的橫樑上的承座支承部，提高安全率之方法的另一例，是放大顯示承座支承部之部位的剖面圖。

以下，針對本發明之鐵道車輛的車架，詳述其實施形態。

第3圖，是顯示本發明的車架之其中一例的立體圖，第3圖(a)是顯示從斜上方所見的狀態，第3圖(b)則是顯示從斜下方所見的狀態。第4圖，為第3圖所示之車架的俯視圖。在第4圖中是顯示：在將橫樑與 側樑予以連接的部分，予以局部剖開。如第3、4圖所示，車架1具備：沿著軌道方向配置的左右一對側樑2；及連接前述側樑2的橫樑3。在本發明的車架1中，橫樑3呈現4個面板接合的構造，側樑2也同樣是4個面板接合的構造。

具體地說，橫樑3是由以下所構成：頂板構件(以下，稱為「橫樑用頂板構件」)31；和底板構件(以下，稱為「橫樑用底板構件」)32；及前後一對側板構件(以下，稱為「橫樑用側板構件」)33所構成。上述的板構件31~33，是對鋼板實施壓成形，且視需要施以彎曲加工的構件。橫樑用側板構件33被配置於橫樑用頂板構件31與橫樑用底板構件32之間，橫樑用側板構件33的上邊緣對接(butt)於橫樑用頂板構件31的下表面並形成焊接接合，並且橫樑用側板構件33的下邊緣對接於橫樑用底板構件32的上表面並形成焊接接合，如此一來，便組裝成橫樑3。在該橫樑3，藉由焊接而接合有肋條結構的主電動機用承座4及齒輪裝置用承座5。

左右一對側樑2，分別是由側樑用頂板構件21、和側樑用底板構件22、及左右一對側樑用側板構件23所構成。上述的板構件21~23也是對鋼板實施衝壓成形，且視需要施以彎曲加工的構件。側樑用側板構件23被配置在側樑用頂板構件21與側樑用底板構件22之間，側樑用側板構件23的上邊緣對接於側樑用頂板構件21的下表面並形成焊接接合，並且側樑用側板構件23的下邊 緣對接於側樑用底板構件22的上表面並形成焊接接合，如此一來，便組裝成側樑2。

而在側樑2之前後的各端，焊接接合有彈簧帽構件6。彈簧帽構件6是用來安裝：圖面中未顯示，將輪軸支承成可自由轉動的軸箱。

橫樑3，在其左右的端部焊接接合有側樑2，而連接於側樑2。將橫樑3與側樑2予以連接的部分，是構成如以下所說明。側樑2，對應於橫樑3所配置的位置，從側樑用頂板構件21及側樑用底板構件22的左右邊緣延伸出連接部24。這些連接部24，預先與各自的側樑用頂板構件21及側樑用底板構件22形成一體。另外，橫樑3，其橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32是形成較橫樑用側板構件33更短，而形成橫樑用側板構件33的左右端部從橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32處突出的狀態。

接著，橫樑用側板構件33的端部，是在分別被夾入側樑2的連接部24彼此之間的狀態下，使其端邊緣對接於側樑用側板構件23而形成焊接接合，並分別使其上邊緣對接於橫樑用頂板構件31的下表面，使其下邊緣對接於橫樑用底板構件32的上表面而形成焊接接合。此外，橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32的端邊緣，在同一個面上對接於側樑2之連接部24的端邊緣並形成焊接接合。如此一來，形成橫樑3連接於側樑2的狀態。

如以上所述，利用從側樑2伸出的連接部24連接橫樑3與側樑2，而使位於橫樑3與側樑2之上下表面的焊接接合的位置成為被配置於橫樑3上，因此伴隨著「作用於車架1之荷重」的高應力，可安全地由強度穩定之橫樑3的兩端部來負擔。

再者，本發明的車架1，如以上所述除了「橫樑3形成4個面板接合的構造」之外，由於將主電動機用承座4及齒輪裝置用承座5焊接接合於橫樑3，因此構成如以下的說明。橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32，對應於主電動機用承座4所配置的位置，從各自的前後邊緣延伸出承座支承部(以下，稱為「主電動機用承座支承部」)34。這些承座支承部34，相當於主電動機用承座4的上面部及下面部，且預先與各自的橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32一體形成。

此外，橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32，對應於齒輪裝置用承座5所配置的位置，從各自的前後邊緣延伸出承座支承部(以下，稱為「齒輪裝置用承座支承部」)35。這些承座支承部35，相當於齒輪裝置用承座5的上面部及下面部，且預先與各自的橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32一體形成。肋條結構的主電動機用承座4及齒輪裝置用承座5，更進一步利用焊接在其承座支承部34、35接合有橫樑用側板構件33。

如此一來，橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32，也就是與橫樑3形成一體地，形成相當於各承 座4、5之上面部及下面部的承座支承部34、35，藉由將承座4、5焊接接合於上述的承座支承部34、35，由於如同傳統車架101之「各承座104、105與橫樑103間之焊接部的角形前緣(請參考前述第2圖)」變成不存在，因此可減少研磨修整的步驟。不僅如此，由於將肋條結構的承座4、5焊接接合於4面構造的橫樑3，而非如傳統車架101般由鋼管所形成的橫樑103，因此焊接線短的焊接部變少。

據此，本發明的車架1，在將各承座4、5焊接接合於橫樑3時，可減少焊接線短的焊接部，並可減少需要研磨的角形前緣。其結果既可確保焊接部的品質，又能提高焊接施工的效率，可實現組裝時的絕佳焊接施工性。

在此，由於各承座4、5在鐵道車輛行駛中承受高負荷，因此應力集中容易發生於：從橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32伸出之承座支承部34、35的根部。特別是在「承座支承部34、35的左右邊緣」與「橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32的前後邊緣」形成交差的角落部，形成應力集中。接著，一旦用來接合「橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32、與橫樑用側板構件33」的焊珠，重疊於或者接近「形成應力集中的該角落部」，將使該角落部的疲勞限度應力(stress endurance limit)低落，故恐有安全率下降之虞。因此，最好是實施可在承座支承部34、35提高安全率的處理。以下，列舉 該處理的方式(方法)。

第5圖，是在本發明之車架的橫樑上的承座支承部，提高安全率之方法的其中一例，為放大顯示承座支承部之部位的剖面圖。如第5圖所示，將從「橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32的前後邊緣31a、32a」起、到「用來接合前述板構件31、32與橫樑用側板構件33之焊珠Wg的邊界」為止的距離設為L，使橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32的前後邊緣部從焊珠Wg的邊界突出。

在該場合中，距離L越長的話，應力集中的上述角落部，也就是指「承座支承部34、35的左右邊緣34a、35a；與橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32的前後邊緣31a、32a形成交差」的角落部將遠離焊珠，伴隨著該現象，由於該角落部的疲勞限度應力趨近於公稱應力(nominal)，因此可提高在承座支承部34、35處的安全率。只要構成台車(鐵道車輛)的各種零件之間的配置關係允許，距離L是越長越好。而上述的角落部被施以倒圓角(Round chamfering)。

第6圖，是本發明之車架的橫樑上的承座支承部，提高安全率之方法的另一例，為放大顯示承座支承部之部位的剖面圖。如第6圖所示，從承座支承部34、35的左右邊緣34a、35a到橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32之前後邊緣31a、32a的輪廓形狀，最好是形成：從橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32的邊緣31a 、32a側起，依序在點P1、點P2及點P3的3處位置彎折的裙襬狀。經彎折的3處位置，分別被施以倒圓角。

如上所述，藉由採用「在3處位置彎折之裙襬狀」的輪廓形狀，特別是將應力集中分散於橫樑用頂板構件31及橫樑用底板構件32之邊緣31a、32a側的2處位置(點P1、點P2)，並伴隨於該狀態使前述之各位置的疲勞限度應力趨近於公稱應力，因此可在承座支承部34、35提高安全率。尤其只要是3處位置以上的彎折，便可達成相同的效果。

[實施例]

為了確認本發明之車架的效果，執行了下述的評判。

〔焊接施工性〕

針對前述第3圖所示的本發明車架、與前述第1圖所示的傳統車架，將主電動機用承座及齒輪裝置用承座焊接接合於橫樑，並侷限於承座的焊接部，調查焊接線短之焊接部的數量。在此，就焊接線短的焊接部而言，是挑出長度為99mm以下的焊接部。

調査的結果，焊接線短的焊接部，相對於傳統車架的74個，本發明的車架為12個，明顯地大幅減少。根據此一結果可清楚得知，本發明的車架，當將各承座焊接接合於橫樑時，可減少焊接線短的焊接部，且能確保 焊接部的品質。

〔關於承座的應力安全率〕

針對前述第3圖所示的本發明車架，對「從4個面板接合之構造的橫樑伸出，且相當於主電動機用承座的上面部」之承座支承部的應力安全率進行調査。此外，為了進行比對，也針對前述第1圖所示的傳統車架，調查「焊接接合於鋼管之橫樑的主電動機用承座之上面部」的應力安全率。就條件而言，執行「在承座負荷主電動機之上下荷重」的靜荷重試驗，在執行試驗之際，本發明的車架是測量作用於承座支承部的應力，傳統車架則是測量作用於承座之上面部的應力，並根據該應力算出安全率。而焊接部的疲勞限度，則是以基於JIS-E-4207的方法所整理。

調査的結果，相較於傳統車架的安全率僅為1.5，本發明的車架則提高至1.9。根據此一結果可清楚得知，本發明的車架可提高承座所相關的應力安全率。

另外，本發明並不侷限於上述的實施形態，在不脫離本發明之主旨的範圍內，能有各種的變更。舉例來說，當個別接合「4個面板接合之構造」的橫樑與側樑時，雖然在上述的實施形態中，是顯示將橫樑用頂板構件及橫樑用底板構件的端邊緣，在同一個面上對接於側樑之連接部的端邊緣並加以焊接的態樣，但亦可將橫樑用頂板構件及橫樑用底板構件的端邊緣部，直接或者隔著鐵砧(stake)而重疊於側樑之連接部的端邊緣部之下，在對上述 的構件施以填角焊接(fillet weld)。此外，為了個別地確保「4個面板接合之構造」的橫樑與側樑的剛性，亦可在橫樑與側樑的內部焊接接合補強板。

[產業上的可利用性]

本發明之鐵道車輛的車架，可適用於所有的鐵道車輛。

1‧‧‧車架

2‧‧‧側樑

3‧‧‧橫樑

4‧‧‧主電動機用承座

5‧‧‧齒輪裝置用承座

6‧‧‧彈簧帽構件

21‧‧‧側樑用頂板構件

22‧‧‧側樑用底板構件

23‧‧‧側樑用側板構件

24‧‧‧連接部

31‧‧‧橫樑用頂板構件

32‧‧‧橫樑用底板構件

33‧‧‧橫樑用側板構件

34‧‧‧主電動機用承座支承部

35‧‧‧齒輪裝置用承座支承部

Claims (6)

1. 一種鐵道車輛的車架，是具備沿著軌道方向配置的左右一對側樑、及連接前述側樑的橫樑，一對側樑是僅藉由一個橫樑而連結之鐵道車輛的車架，其特徵為：橫樑是由以下所構成：頂板構件；底板構件；及配置於前述的頂板構件與底板構件之間，並焊接接合的前後一對側板構件；對應於分別用來安裝主電動機及齒輪裝置之承座所配置的位置，從頂板構件及底板構件的前後邊緣延伸出承座支承部，並將承座焊接接合於承座支承部。
2. 一種鐵道車輛的車架，是具備沿著軌道方向配置的左右一對側樑、及連接前述側樑的橫樑之鐵道車輛的車架，其特徵為：橫樑是由以下所構成：頂板構件；底板構件；及配置於前述的頂板構件與底板構件之間，並焊接接合的前後一對側板構件；對應於分別用來安裝第一主電動機及第一齒輪裝置之承座所配置的位置，從頂板構件及底板構件的前邊緣延伸出承座支承部，對應於分別用來安裝第二主電動機及第二齒輪裝置之承座所配置的位置，從頂板構件及底板構件的後邊緣延伸出承座支承部，並將承座分別焊接接合於承座支承部。
3. 一種鐵道車輛的車架，是具備沿著軌道方向配置的左右一對側樑、及連接前述側樑的橫樑之鐵道車輛的車 架，其特徵為：橫樑是由以下所構成：頂板構件；底板構件；及配置於前述的頂板構件與底板構件之間，並焊接接合的前後一對側板構件；對應於分別用來安裝主電動機及齒輪裝置之承座所配置的位置，從頂板構件及底板構件的前後邊緣延伸出承座支承部，並將承座焊接接合於承座支承部及側板構件。
4. 如申請專利範圍第1~3中任一項所記載之鐵道車輛的車架，其中從前述承座支承部的左右邊緣到前述頂板構件及前述底板構件之前後邊緣的輪廓形狀，是在3處以上的部位形成彎折的裙襬狀。
5. 如申請專利範圍第1~3中任一項所記載之鐵道車輛的車架，其中前述側樑是由以下所構成：側樑用頂板構件；側樑用底板構件；及配置於前述的側樑用頂板構件與側樑用底板構件之間，並焊接接合的左右一對側樑用側板構件；對應於前述橫樑所配置的位置，從側樑用頂板構件及側樑用底板構件的左右邊緣延伸出連接部，將前述橫樑的左右各端部夾入連接部的彼此之間並焊接接合。
6. 如申請專利範圍第4項所記載之鐵道車輛的車架，其中前述側樑是由以下所構成：側樑用頂板構件；側樑用底板構件；及配置於前述的側樑用頂板構件與側樑用底板構件之間，並焊接接合的左右一對側樑用側板構件；對應於前述橫樑所配置的位置，從側樑用頂板構件及側樑用底 板構件的左右邊緣延伸出連接部，將前述橫樑的左右各端部夾入連接部的彼此之間並焊接接合。