WO2016017103A1 - 鉄道車両用台車、及びその台車を備えた鉄道車両 - Google Patents

鉄道車両用台車、及びその台車を備えた鉄道車両 Download PDF

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WO2016017103A1
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frame
frame body
axle box
projecting piece
bogie
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PCT/JP2015/003603
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智 亀甲
嘉之 下川
拓自 中居
将明 水野
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新日鐵住金株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61HBRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H13/00Actuating rail vehicle brakes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00Types of bogies
    • B61F3/02Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/26Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/30Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/301Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating metal springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/38Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
    • B61F5/44Adjustment controlled by movements of vehicle body
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61HBRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H1/00Applications or arrangements of brakes with a braking member or members co-operating with the periphery of the wheel rim, a drum, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D49/00Brakes with a braking member co-operating with the periphery of a drum, wheel-rim, or the like
    • F16D49/16Brakes with two brake-blocks

Definitions

  • the present invention relates to a railway vehicle carriage, and more particularly to a carriage capable of self-steering front and rear wheel shafts, and a railway vehicle including the carriage and a vehicle body.
  • a railway vehicle is composed of a car body and a carriage, and travels on the rail.
  • a force that the wheels push the rail in the left-right direction so-called lateral pressure
  • the lateral pressure increases, the risk of derailment increases, so it is desirable to keep the lateral pressure low.
  • wheel load With respect to the force that the wheel pushes the rail in the vertical direction, so-called wheel load, the wheel load of the wheel on the outer track side becomes small in the section where the track is twisted, particularly in the section of the exit relaxation curve of the curved road. If the wheel load becomes extremely small, the risk of derailment increases. Therefore, it is desirable to keep the balance of the left and right wheel loads following the torsion of the track.
  • the front and rear wheel axles are self-steered according to the curvature of the rail on the curved road.
  • a trolley hereinafter also referred to as a “steering trolley”.
  • a conventional steering cart has a configuration in which axle boxes provided on the left and right of the front and rear wheel axles are coupled to each other by cross anchor links.
  • the wheel shaft is tilted with respect to the cart frame as the wheel shaft is steered, so that a relative longitudinal displacement occurs between the cart frame and the wheels.
  • a steering cart provided with a tread brake device for each wheel, it is essential to devise a method in which the distance in the front-rear direction between each wheel and each tread brake device does not always change.
  • the configuration of the tread brake device itself is changed, the configuration becomes complicated and the manufacturing cost increases.
  • Patent Document 2 As a contrivance when using a general tread brake device, for example, the above-mentioned Patent Document 1 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-11717 (Patent Document 2) add a link mechanism dedicated to the tread brake device that follows the steering of the wheel shaft. Disclose the trolley. However, this steering cart requires a special link mechanism in addition to the cross anchor link that provides the steering function.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-135567
  • Patent Document 4 Japanese Patent No. 5524634
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a railcar bogie and a railcar capable of self-steering having the following characteristics: -General-purpose tread brake devices can be used, and main motors and gear devices (including joints) can also be used. ⁇ The lateral pressure on curved roads can be reduced, and at the same time fluctuations in wheel load can be suppressed.
  • a railcar bogie is a railcar bogie that includes a wheel shaft at the front and rear and is capable of self-steering the wheel shaft.
  • the cart is A first frame including a right side beam and a first side beam integrated with the right side beam;
  • An axle box support device that elastically supports each of the left and right axle boxes of each wheel axle, the axle box support device having a link extending along the front-rear direction from the axle box;
  • a tread brake device corresponding to each of the left and right wheels of each wheel axle;
  • the first frame body and the second frame body are coupled via an elastic element.
  • the first lateral beam has a first extending portion that extends toward a front end portion of the side beam of the second frame
  • the second lateral beam includes a second extending portion that extends toward a front end portion of the side beam of the first frame body.
  • the axle box support device on the right front side supports the axle box on the right front side by a front end portion of the side beam of the first frame body, and the link of the axle box on the right front side is the second frame body.
  • the left front axle box supporting device supports the left front axle box by a front end portion of the side flash of the second frame body, and the link of the left front axle box is the first frame body.
  • the axle box support device on the right rear side supports the axle box on the right rear side by a rear end portion of the side beam of the first frame body, and the link of the axle box on the right rear side is It couple
  • the axle box support device on the left rear side supports the axle box on the left rear side by a rear end portion of the side beam of the second frame body, and the link of the axle box on the left rear side is It couple
  • the first side wall holds the tread brake devices on the left front side and the right rear side, and holds the front and rear main motors and the gear devices,
  • the second side hold holds the tread brake devices on the right front side and the left rear side.
  • the elastic element that joins the first frame and the second frame is rubber, particularly laminated rubber.
  • the first side wall has a first projecting piece portion that extends to a central portion of the railcar carriage
  • the second horizontal beam has a second projecting piece portion extending so as to overlap the first projecting piece portion
  • the joint location of the first frame body and the second frame body via the elastic element is between the first projecting piece portion of the first frame body and the second projecting piece portion of the second frame body. It can be set as the structure which is one point of.
  • the first lateral beam has a first projecting piece that extends so as to overlap the upper surface of the side beam of the second frame
  • the second lateral beam has a second projecting piece portion extending so as to overlap the upper surface of the side beam of the first frame body
  • the joint location of the first frame body and the second frame body via the elastic element is between the first projecting piece portion of the first frame body and the side flash of the second frame body, and It is good also as a structure which is two points between the said 2nd protrusion piece part of a 2nd frame, and the said side flash of a said 1st frame.
  • the first projecting piece portion and the second projecting piece portion may have different configurations in the front-rear direction.
  • a configuration in which the first projecting piece portion and the second projecting piece portion in the front-rear direction are aligned on the left and right may be employed.
  • the formation position of the first protrusion piece is close to the formation position of the first extension part, and the formation position of the second protrusion part is close to the formation position of the second extension part.
  • a configuration is preferred.
  • the first side beam has a first projecting piece that extends to overlap the upper surface of the second side beam
  • the second side beam has a second projecting piece that extends so as to overlap the upper surface of the first side beam
  • the joint location of the first frame body and the second frame body via the elastic element is between the first projecting piece portion of the first frame body and the second horizontal beam of the second frame body, And it can be set as the structure which is two points between the said 2nd protrusion piece part of the said 2nd frame, and the said 1st horizontal beam of the said 1st frame.
  • a railway vehicle according to an embodiment of the present invention is a railway vehicle provided with the above-described carriage and vehicle body.
  • the cart may be a bolsterless cart or a cart with a bolster.
  • the railway vehicle carriage and the railway vehicle of the present invention are capable of self-steering and have the following remarkable effects: -General-purpose tread brake devices can be used, and main motors and gear devices (including joints) can also be used. ⁇ The lateral pressure on curved roads can be reduced, and at the same time fluctuations in wheel load can be suppressed.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view showing a specific example of a bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG.
  • FIG. 3A is a right side view of the railway vehicle carriage shown in FIG. 1.
  • FIG. 3B is a left side view of the railcar bogie shown in FIG. 1.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of the railway vehicle carriage shown in FIG.
  • FIG. 5 is a top view schematically showing an example of a railway vehicle including the railway vehicle carriage shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a front view of the railway vehicle shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7A is a top view schematically showing a situation when the railway vehicle shown in FIG. 5 travels on a left-turn curve road.
  • FIG. 7B is a top view schematically showing a situation when the railway vehicle shown in FIG. 5 travels on a right-turn curve road.
  • FIG. 8 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view showing a specific example of the bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG.
  • FIG. 10A is a right side view of the railway vehicle carriage shown in FIG. 8.
  • FIG. 10B is a left side view of the railway vehicle carriage shown in FIG. 8.
  • FIG. 10A is a right side view of the railway vehicle carriage shown in FIG. 8.
  • FIG. 11 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a top view showing a specific example of a bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG.
  • FIG. 13 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a top view showing a specific example of the bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the line BB of the railway vehicle carriage shown in FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line CC of the railcar bogie shown in FIG. FIG.
  • FIG. 16 is a front view schematically showing an example of a railway vehicle according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a front view schematically showing an example of a railway vehicle according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a front view schematically showing an example of a railway vehicle according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an analysis result in the example.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view showing a specific example of a bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG. 3A is a right side view of the railcar bogie shown in FIG. 1, and
  • FIG. 3B is a left side view of the bogie.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of the railway vehicle carriage shown in FIG.
  • the cart of 1st Embodiment is provided with the 1st frame 10 and the 2nd frame 20 which were mutually independent as a cart frame.
  • the bogie frame is formed by combining the first frame body 10 and the second frame body 20.
  • the constituent elements of the first frame body 10 are indicated by thick solid lines, and the constituent elements of the second frame body 20 are indicated by thick dotted lines. It shows with.
  • the first frame 10 includes a right side beam 11 and a first side beam 12.
  • the right side beam 11 and the first side beam 12 are firmly joined and integrated by welding.
  • the second frame 20 includes a left side beam 21 and a second side beam 22.
  • the left side beam 21 and the second side beam 22 are firmly joined and integrated by welding.
  • the 1st horizontal beam 12 of the 1st frame 10 is provided with the 1st extension part 13 extended toward the front-end part 21a of the side beam 21 of the 2nd frame 20 (refer FIG.1, FIG.2 and FIG.3B). .
  • the first extending portion 13 wraps under the side beam 21 of the second frame body 20 and is disposed behind the front end portion 21 a of the side beam 21. That is, the first extending portion 13 extending from the first lateral beam 12 integral with the right side beam 11 reaches the position of the left side beam 21 on the opposite side.
  • the second horizontal beam 22 of the second frame body 20 includes a second extending portion 23 that extends toward the front end portion 11a of the side beam 11 of the first frame body 10 (FIGS.
  • the second extending portion 23 wraps under the side beam 11 of the first frame 10 and is disposed behind the front end portion 11 a of the side beam 11. That is, the second extension 23 extending from the second side beam 22 integral with the left side beam 21 reaches the position of the right side beam 11 on the opposite side.
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are coupled via an elastic element 30.
  • the first lateral beam 12 includes a first projecting piece portion 14 that extends to the center of the railcar bogie.
  • the second lateral beam 22 has a second projecting piece portion 24 that extends so as to overlap the first projecting piece portion 14.
  • Each of the overlapping portions of the first projecting piece portion 14 and the second projecting piece portion 24 is horizontal. In this overlapping portion, either the first protruding piece portion 14 or the second protruding piece portion 24 may be on.
  • FIG. 4 shows a case where the first projecting piece portion 14 overlaps the second projecting piece portion 24.
  • the overlapping portion of the first projecting piece portion 14 and the second projecting piece portion 24 is connected via the elastic element 30 with the elastic element 30 disposed therebetween.
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are elastic at one point between the first projecting piece portion 14 of the first frame body 10 and the second projecting piece portion 24 of the second frame body 20. It becomes a coupled state via the element 30.
  • the elastic element 30 allows elastic deformation in all directions, front, rear, left, right, up and down. Strictly speaking, the elasticity of the elastic element 30 is hard in the vertical direction, soft in order to obtain a steering function in the front-rear direction, and to some extent so that it can follow changes in the trajectory with respect to rotation in the rolling direction and the pitching direction. soft.
  • rubber such as natural rubber or synthetic rubber can be applied alone, or laminated rubber in which thin rubber sheets and steel plates are alternately laminated can be applied. Practically, laminated rubber is preferable.
  • Such a bogie frame formed by combining the first frame body 10 and the second frame body 20 includes wheel shafts 31A and 31B on the front and rear sides, respectively.
  • Each wheel shaft 31A, 31B includes wheels 32A, 32B, 32C, 32D on the left and right, respectively.
  • axle boxes 33A, 33B, 33C, and 33D are attached to the left and right ends of the respective wheel shafts 31A and 31B.
  • Each axle box 33A, 33B, 33C, 33D is elastically supported by the axle box support device with respect to the carriage frame (the first frame body 10 and the second frame body 20).
  • Each axle box support device is a general-purpose product, and as shown in FIGS. 1, 3A and 3B, links 34A, 34B, 34C extending from the axle boxes 33A, 33B, 33C, 33D along the front-rear direction. 34D.
  • the axle box supporting device shown in FIGS. 3A and 3B is a so-called monolink type axle box supporting device.
  • the monolink type is a type in which the axle box and the carriage frame are coupled by a single link having rubber bushes inserted at both ends.
  • the right front axle box support device supports the right front axle box 33A by the front end portion 11a of the side beam 11 of the first frame 10 as shown in FIG. 3A in particular.
  • a coil spring 35 is disposed between the axle box 33 ⁇ / b> A and the front end portion 11 a of the side beam 11.
  • laminated rubber may be disposed.
  • the link 34A of the axle box support device has rubber bushes 36a and 36b at both front and rear ends. The front end portion of the link 34A is connected to the axle box 33A via the rubber bush 36a, and the rear end portion of the link 34A is connected to the second extending portion 23 of the second frame body 20 via the rubber bush 36b.
  • the left front axle box support device supports the left front axle box 33B by the front end portion 21a of the side beam 21 of the second frame 20 as shown in FIG. 3B in particular.
  • the support structure of the axle box 33B by the front end portion 21a of the side beam 21 is the same as that of the above-described right front axle box support device.
  • the link 34B of the left front axle box support device has rubber bushes 36a and 36b at both front and rear ends. The front end portion of the link 34B is connected to the axle box 33B via the rubber bush 36a, and the rear end portion of the link 34B is connected to the first extension portion 13 of the first frame body 10 via the rubber bush 36b.
  • the right rear axle box support device supports the right rear axle box 33C by the rear end portion 11b of the side beam 11 of the first frame 10, as shown in FIG. 3A in particular.
  • the support structure of the axle box 33C by the rear end portion 11b of the side beam 11 is the same as that of the axle box support device on the right front side.
  • a first protrusion 15 is provided on the lower surface of the side beam 11 of the first frame 10.
  • the first protrusion 15 protrudes from a position in front of the rear end portion 11 b of the side beam 11.
  • the link 34C of the right rear axle box support device has rubber bushes 36a and 36b at both front and rear ends.
  • the rear end of the link 34C is connected to the axle box 33C via a rubber bush 36a, and the front end of the link 34C is connected to the first protrusion 15 of the first frame 10 via a rubber bush 36b.
  • the left rear axle box support device supports the left rear axle box 33D by the rear end portion 21b of the side beam 21 of the second frame 20, as shown in FIG. 3B in particular.
  • the support structure of the axle box 33D by the rear end portion 21b of the side beam 21 is the same as that of the axle box support device on the right front side.
  • a second protrusion 25 is provided on the lower surface of the side beam 21 of the second frame 20.
  • the second protrusion 25 protrudes from a position in front of the rear end 21b of the side beam 21.
  • the link 34D of the left rear axle box support device has rubber bushes 36a and 36b at both front and rear ends.
  • the rear end of the link 34D is connected to the axle box 33D via the rubber bush 36a, and the front end of the link 34D is connected to the second protrusion 25 of the second frame body 20 via the rubber bush 36b.
  • the bogie frame (the first frame body 10 and the second frame body 20) includes tread brake devices respectively corresponding to the left and right wheels 32 ⁇ / b> A, 32 ⁇ / b> B, 32 ⁇ / b> C, 32 ⁇ / b> D of the respective wheel shafts 31 ⁇ / b> A, 31 ⁇ / b> B.
  • 40A, 40B, 40C, 40D are provided.
  • Each tread brake device 40A, 40B, 40C, 40D has a brake shoe facing the tread surface of each wheel 32A, 32B, 32C, 32D.
  • the right front tread brake device 40A is held by the second side beam 22 of the second frame 20 immediately behind the right front wheel 32A.
  • the left front tread brake device 40B is held by the first side wall 12 of the first frame 10 immediately behind the left front wheel 32B.
  • the right rear tread brake device 40C is held by the first side wall 12 of the first frame 10 just in front of the right rear wheel 32C.
  • the left rear tread brake device 40D is held by the second side beam 22 of the second frame 20 just in front of the left rear wheel 32D.
  • the right front side and left rear side tread brake devices 40 ⁇ / b> A and 40 ⁇ / b> D are respectively provided with brake device seats 28 a and 28 b formed on the second side beam 22 of the second frame 20. Fixed to.
  • the left front side and right rear side tread brake devices 40B and 40C are fixed to brake device seats 18a and 18b formed on the first side beams 12 of the first frame body 10, respectively.
  • the bogie frames (the first frame body 10 and the second frame body 20) include main motors 41 ⁇ / b> A and 41 ⁇ / b> B, gear devices 42 ⁇ / b> A and 42 ⁇ / b> B, and drive wheels 16 ⁇ / b> A and 31 ⁇ / b> B, respectively.
  • Joints 43A and 43B are provided.
  • These main motors 41A and 41B, gear devices 42A and 42B, and joints 43A and 43B are all general-purpose products.
  • the gear devices 42A and 42B have large gears fitted on the axles of the wheel shafts 31A and 31B and small gears that mesh with the large gears.
  • the joints 43A and 43B are gear-type joints or flexible plate-type joints, which connect the main shafts of the main motors 41A and 41B and the small gear shafts of the gear devices 42A and 42B, and generate rotational torque of the main shafts of the main motors 41A and 41B. It transmits to the small gear shaft of gear apparatus 42A, 42B. Further, the joints 43A and 43B absorb relative displacement between the main shafts of the main motors 41A and 41B and the small gear shafts of the gear devices 42A and 42B.
  • a front gear unit 42A is arranged adjacent to the left front wheel 32B on the front wheel shaft 31A.
  • a hanging tool 44A is provided on the first side wall 12 of the first frame 10 adjacent to the left front tread brake device 40B.
  • the front gear unit 42A is suspended by the hanger 44A and is held so as to be swingable.
  • a rear gear unit 42B is disposed adjacent to the right rear wheel 32C on the rear wheel shaft 31B.
  • the first side wall 12 of the first frame 10 is provided with a hanging tool 44B adjacent to the right rear tread brake device 40C.
  • the rear gear device 42B is suspended by the suspension tool 44B and held so as to be swingable.
  • the front gear unit 42A is attached to a lifting device seat 17a extending forward from the first lateral beam 12 of the first frame 10 via a lifting device 44A.
  • the rear gear unit 42B is attached to a lifting tool seat 17b extending rearward from the first lateral beam 12 of the first frame 10 via a lifting tool 44B.
  • the main motor 41A is held adjacent to the front lifting tool 44A, and the main motor 41B is held adjacent to the rear lifting tool 44B.
  • the front main motor 41 ⁇ / b> A is attached to a main motor seat 16 a that extends forward from the first lateral beam 12 of the first frame 10.
  • the rear main motor 41 ⁇ / b> B is attached to a main motor seat 16 b extending rearward from the first lateral beam 12 of the first frame 10.
  • FIG. 5 is a top view schematically showing an example of a railway vehicle including the railway vehicle carriage shown in FIG.
  • FIG. 6 is a front view of the railway vehicle shown in FIG. 7A and 7B are top views schematically showing a situation when the railway vehicle shown in FIG. 5 travels on a curved road.
  • FIG. 7A shows the case of a left-turn curve
  • FIG. 7B shows the case of a right-turn curve.
  • the railway vehicle shown in FIGS. 5 to 7B is a railway vehicle using a bolsterless carriage that does not have a bolster between the carriage and the carriage.
  • This railway vehicle includes one of the above-described carriages before and after the vehicle body 50. 5 to 7B, for the sake of convenience, the rear carriage is omitted, and the components of the first frame 10 are indicated by thick solid lines and the components of the second frame 20 are indicated by thick dotted lines, as in FIG. It shows with.
  • the wheel shaft is also omitted for convenience.
  • air springs 51 and 51 are installed on the upper surfaces of the side beams 11 of the first frame 10 and the side beams 21 of the second frame 20 constituting the carriage frame.
  • the vehicle body 50 is coupled to the bogie frame (the side beam 11 of the first frame body 10 and the side beam 21 of the second frame body 20) by a pair of air springs 51, 51 on the left and right thereof.
  • a pair of links 52 ⁇ / b> A and 52 ⁇ / b> B are disposed on the left and right between the vehicle body 50 and the carriage.
  • Each link 52A, 52B extends along the front-rear direction, and has rubber bushes 53a, 53b at both front and rear ends.
  • the right link 52A has a front end connected to the first lateral beam 12 of the first frame 10 via a rubber bush 53a, and a rear end connected to the vehicle body 50 via a rubber bush 53b.
  • the left end of the link 52B is connected to the second lateral beam 22 of the second frame 20 via a rubber bush 53a, and the front end is connected to the vehicle body 50 via a rubber bush 53b.
  • Each air spring 51, 51 bears the weight of the vehicle body 50.
  • the rubber bushes 53a and 53b of the left and right links 52A and 52B connecting the vehicle body 50 and the carriage allow displacement in the vertical and horizontal directions.
  • each component when the railway vehicle having such a configuration travels on a curved road is as follows.
  • a relative yawing displacement occurs between the vehicle body 50 and the carriage.
  • the vehicle body 50 appears to yaw in the right direction with respect to the carriage, that is, with respect to the traveling direction of the vehicle.
  • the vehicle body 50 appears to yaw leftward with respect to the carriage.
  • the vehicle body 50 is coupled to the first frame 10 (first lateral beam 12) via the right link 52A, and the second frame 20 (second lateral beam 22) via the left link 52B. Is bound to. Therefore, when the vehicle body 50 yaws in the right direction, a force directed backward through the right link 52A acts on the first frame 10, and a force directed forward through the left link 52B acts on the second frame 20. Works. That is, forces opposite to each other in the front-rear direction act on the first frame body 10 and the second frame body 20.
  • the elastic element 30 is elastically deformed by the above-described forces acting on the first frame body 10 and the second frame body 20, respectively.
  • the first frame body 10 moves rearward
  • the two-frame body 20 moves forward.
  • a relative back-and-forth movement of the first frame body 10 and the second frame body 20 occurs.
  • the axle boxes 33A and 33C elastically supported by the front and rear end portions 11a and 11b of the side beam 11 of the first frame body 10 behave as follows.
  • the right front axle box 33A is supported by the first frame 10, and is coupled to a second extension 23 of the second frame 20 different from the first frame 10 via a link 34A.
  • the right front axle box 33A receives a force directed forward in the direction opposite to the moving direction of the first frame body 10 through the link 34A, and moves forward.
  • the right rear axle box 33C is supported by the first frame 10, and is coupled to the first protrusion 15 of the same first frame 10 via a link 34C.
  • the right rear axle box 33 ⁇ / b> C moves rearward together with the first frame 10.
  • the axle boxes 33B and 33D elastically supported by the front and rear end portions 21a and 21b of the side beam 21 of the second frame 20 take the following behavior.
  • the left front axle box 33B is supported by the second frame 20, and is coupled to the first extension 13 of the first frame 10 different from the second frame 20 via a link 34B.
  • the left front axle box 33B receives a force directed backward in the direction opposite to the moving direction of the second frame body 20 through the link 34B, and moves backward.
  • the left rear axle box 33D is supported by the second frame 20, and is coupled to the second protrusion 25 of the same second frame 20 via a link 34D.
  • the left rear axle box 33 ⁇ / b> D moves forward together with the second frame body 20.
  • the front wheel axle 31A is displaced forward on the right side and rearward on the left side.
  • the vehicle is self-steered to face the center of curvature of the curved road.
  • the rear wheel axle 31B is displaced rearward on the right side and forward on the left side. Is self-steered to face the center of curvature of the left-turn curve.
  • the right front tread brake device 40A is held by the second side beam 22 of the second frame body 20, and therefore forwards together with the second frame body 20.
  • the left front tread brake device 40 ⁇ / b> B is held by the first side beam 12 of the first frame body 10, it moves rearward together with the first frame body 10.
  • the front wheel shaft 31A is displaced as described above, the right front wheel 32A moves forward and the left front wheel 32B moves rearward.
  • the amount of forward movement of the right front tread brake device 40A and the wheel 32A is substantially the same.
  • the amount of rearward movement of the left front tread brake device 40B and the wheel 32B is substantially the same. For these reasons, the distance in the front-rear direction between the front wheels 32A and 32B and the tread brake devices 40A and 40B is constant regardless of steering.
  • the right rear tread brake device 40C is held by the first side sill 12 of the first frame 10, and therefore together with the first frame 10. Move backwards. Since the left rear tread brake device 40 ⁇ / b> D is held by the second side beam 22 of the second frame body 20, it moves forward together with the second frame body 20.
  • the rear wheel axle 31B is displaced as described above, the right rear wheel 32C moves rearward and the left rear wheel 32D moves forward.
  • the amount of rearward movement of the right rear tread brake device 40C and the wheel 32C is substantially the same.
  • the amounts of forward movement of the left rear tread brake device 40D and the wheels 32D are substantially the same. For these reasons, the distance in the front-rear direction between the rear wheels 32C and 32D and the tread brake devices 40C and 40D is constant regardless of steering.
  • the distance in the front-rear direction between each wheel 32A, 32B, 32C, 32D and each tread brake device 40A, 40B, 40C, 40D is Since it becomes constant regardless of the steering, the brake performance can be sufficiently maintained at all times.
  • the front and rear main motors 41A and 41B are held by the first lateral beams 12 of the first frame body 10, they move rearward together with the first frame body 10.
  • the front gear unit 42A is attached to the front wheel shaft 31A at a position adjacent to the left front wheel 32B.
  • the rear gear unit 42B is attached to the rear wheel shaft 31B at a position adjacent to the right rear wheel 32C. For this reason, as the front and rear wheel shafts 31A and 31B are displaced as described above, the front and rear gear devices 42A and 42B move rearward.
  • front and rear main motors 41A and 41B and the front and rear gear units 42A and 42B move somewhat differently, the front and rear joints (gear-type joints or flexible plate joints) 43A that connect them are slightly different. 43B allow the difference in the movement amount. Therefore, even if general-purpose products are used as the main motors 41A and 41B, the gear devices 42A and 42B, and the joints 43A and 43B, the distance in the front-rear direction between the gear devices 42A and 42B and the joints 43A and 43B is related to steering. Therefore, smooth driving of the respective wheel shafts 31A and 31B can always be maintained.
  • axle boxes 33A, 33B, 33C, and 33D are elastically supported by the axle box support device with respect to the first frame body 10 and the second frame body 20, and the first frame body 10 and the second frame body 20 together with this. Since the frame body 20 is coupled via the elastic element 30, it is possible to allow relative rolling displacement between the front wheel shaft 31A and the rear wheel shaft 31B that occur in association with the twist of the track. For this reason, fluctuations in wheel load can be suppressed.
  • a general tread brake device can be used, and a general motor and gear device (including joints) can be used.
  • FIG. 8 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view showing a specific example of the bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG. 10A is a right side view of the railcar bogie shown in FIG. 8, and
  • FIG. 10B is a left side view of the bogie.
  • the second embodiment is based on the configuration of the first embodiment described above, and an overlapping description with the first embodiment will be omitted as appropriate. The same applies to third to seventh embodiments described later.
  • the components of the first frame 10 are indicated by thick solid lines
  • the components of the second frame 20 are indicated by thick dotted lines.
  • the first projecting piece portion 14 extending from the first lateral beam 12 overlaps the upper surface of the side beam 21 of the second frame body 20.
  • the position of the overlapping portion is not particularly limited as long as it is the upper surface of the side beam 21 of the second frame 20.
  • it is preferable that the first projecting piece portion 14 is close to the position where the first extending portion 13 extending from the same first lateral beam 12 is formed.
  • the second projecting piece 24 extending from the second lateral beam 22 overlaps the upper surface of the side beam 11 of the first frame 10.
  • the position of the overlapping portion is not particularly limited as long as it is the upper surface of the side beam 11 of the first frame 10. However, from the viewpoint of ease of design, it is preferable that the second projecting piece portion 24 be close to the formation position of the second extending portion 23 extending from the same second lateral beam 22.
  • 2nd Embodiment is an aspect from which the formation position of the front-back direction of the 1st protrusion piece part 14 and the 2nd protrusion piece part 24 differs by right and left (refer FIG.8 and FIG.9).
  • the overlapping portion of the first projecting piece portion 14 of the first frame body 10 and the side beam 21 of the second frame body 20 has an elastic element 30 disposed therebetween, and is coupled via the elastic element 30 (particularly (See FIG. 10B).
  • an overlapping portion of the second projecting piece portion 24 of the second frame body 20 and the side beam 11 of the first frame body 10 is provided with an elastic element 30 therebetween, and is coupled via the elastic element 30. (See particularly FIG. 10A).
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are disposed between the first projecting piece portion 14 of the first frame body 10 and the side flash 21 of the second frame body 20 and the second frame body 20.
  • the two projecting piece portions 24 and the side beam 11 of the first frame body 10 are connected via the elastic element 30 at two points.
  • the elastic element 30 allows elastic deformation in any direction, front, rear, left, right, up, down, as in the first embodiment.
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are coupled to each other through the elastic element 30 as in the first embodiment, and the other configurations are the same as those described above. This is the same as the first embodiment. Therefore, the second embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • FIG. 11 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a top view showing a specific example of a bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG.
  • the third embodiment is a modification of the configuration of the second embodiment.
  • the constituent elements of the first frame 10 are indicated by thick solid lines, and the constituent elements of the second frame 20 are indicated by thick dotted lines.
  • 3rd Embodiment is an aspect with which the formation position of the front-back direction of the 1st protrusion piece part 14 and the 2nd protrusion piece part 24 corresponds in right and left.
  • the formation positions in the front-rear direction of the first projecting piece portion 14 and the second projecting piece portion 24 are not particularly limited as long as they coincide on the left and right.
  • the second projecting piece portion 24 be close to the formation position of the second extending portion 23 extending from the same second lateral beam 22.
  • the first projecting piece portion 14 is close to the position where the first extending portion 13 extending from the same first lateral beam 12 is formed.
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are coupled to each other through the elastic element 30 as in the first and second embodiments.
  • the configuration is the same as in the first and second embodiments. Therefore, the third embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • FIG. 13 is a top view schematically showing an example of a railcar bogie according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a top view showing a specific example of the bogie frame used in the bogie for the railway vehicle shown in FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the line BB of the railcar bogie shown in FIG. 14, and
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line CC of the bogie.
  • the components of the first frame 10 are indicated by thick solid lines
  • the components of the second frame 20 are indicated by thick dotted lines.
  • the first protrusion 14 that extends from the first lateral beam 12 overlaps the upper surface of the second lateral beam 22.
  • the position of the overlapping portion is not particularly limited as long as it is the upper surface of the second lateral beam 22.
  • the second projecting piece 24 extending from the second lateral beam 22 overlaps the upper surface of the first lateral beam 12.
  • the position of the overlapping portion is not particularly limited as long as it is the upper surface of the first horizontal beam 12.
  • the overlapping portion of the first projecting piece 14 of the first frame 10 and the second lateral beam 22 of the second frame 20 has an elastic element 30 disposed between them and is coupled via the elastic element 30.
  • an overlapping portion of the second projecting piece portion 24 of the second frame body 20 and the first lateral beam 12 of the first frame body 10 is provided with an elastic element 30 therebetween, and is coupled via the elastic element 30.
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are provided between the first projecting piece portion 14 of the first frame body 10 and the second lateral beam 22 of the second frame body 20, and the second frame body 20.
  • the second projecting piece portion 24 and the first lateral beam 12 of the first frame body 10 are connected via the elastic element 30 at two points.
  • the elastic element 30 allows elastic deformation in any direction, front, rear, left, right, up, down, as in the first embodiment.
  • the first frame body 10 and the second frame body 20 are coupled to each other through the elastic element 30.
  • the configuration is the same as in the first to third embodiments. Therefore, the fourth embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • FIG. 16 is a front view schematically showing an example of a railway vehicle according to the fifth embodiment of the present invention.
  • a configuration in which the left and right links 52A and 52B are replaced among the configurations for supporting the vehicle body 50 and the carriage in the first to fourth embodiments described above is added.
  • a pair of shaft members 54 ⁇ / b> A and 54 ⁇ / b> B protrude from the lower surface of the vehicle body 50 to the left and right.
  • a cylindrical member 55A is installed on the upper surface of the first horizontal beam 12 of the first frame 10 so as to correspond to the position of the right shaft member 54A.
  • a cylindrical member 55B is installed on the upper surface of the second horizontal beam 22 of the second frame 20 corresponding to the position of the left shaft member 54B.
  • the left and right shaft members 54A and 54B are inserted into the cylindrical members 55A and 55B, respectively.
  • the shaft members 54A and 54B and the cylindrical members 55A and 55B engage with each other and allow shaft rotation.
  • Other configurations are the same as those in the first to fourth embodiments.
  • the relative yawing displacement generated between the vehicle body 50 and the carriage is caused by the shaft members 54A and 54B and the frames of the vehicle body 50 that are engaged with each other. It is transmitted to the first frame body 10 and the second frame body 20 by the cylindrical members 55A and 55B of the bodies 10 and 20.
  • a relative back-and-forth movement of the first frame body 10 and the second frame body 20 can be generated.
  • the fifth embodiment has the same effect as the first embodiment.
  • FIG. 17 is a front view schematically showing an example of a railway vehicle according to the sixth embodiment of the present invention.
  • a bolster-equipped bolster having a bolster is applied as the trolley in the first to fourth embodiments.
  • the railway vehicle includes a pair of side supports 57, 57 and a bolster 56 between the vehicle body 50 and the carriage.
  • the side supports 57, 57 are arranged on the side beams 11 of the first frame 10 and the side beams 21 of the second frame 20, respectively.
  • the bolster 56 is slidably supported by the side supports 57, 57.
  • a pair of air springs 51, 51 are arranged on the left and right of the upper surface of the bolster 56.
  • the vehicle body 50 is coupled to the bolster 56 by the air springs 51 and 51.
  • a pair of links 52A and 52B are arranged between the bolster 56 and the carriage on the left and right in the first to fourth embodiments.
  • the front link of the right link 52A along the front-rear direction is connected to the first frame body 10 (the right side beam or the first side beam) via a rubber bush 53a, and the rear end is connected to the rubber bush 53b.
  • the left link 52B along the front-rear direction has a rear end portion connected to the second frame body 20 (left side beam or second side beam) via a rubber bush 53a, and a front end portion connected to the bolster via a rubber bush 53b. 56.
  • the relative yawing displacement is between the bolster 56 integrated with the vehicle body 50 and the carriage. Will occur.
  • This yawing displacement is transmitted to the first frame body 10 and the second frame body 20 by means of the left and right links 52A and 52B connecting the bolster 56 and the carriage.
  • a relative back-and-forth movement of the first frame body 10 and the second frame body 20 can be generated.
  • the sixth embodiment has the same effect as the first embodiment.
  • FIG. 18 is a front view schematically showing an example of a railway vehicle according to the seventh embodiment of the present invention.
  • 5th Embodiment adds the structure replaced with the left and right links 52A and 52B among the structures which support the bolster 56 and a trolley
  • a pair of upper center plates 58A and 58B protrude from the left and right.
  • a lower center plate 59A is installed on the upper surface of the first frame 10 (right side beam or first side beam) corresponding to the position of the right upper center plate 58A.
  • a lower center plate 59B is installed on the upper surface of the second frame body 20 (left side beam or second side beam) corresponding to the position of the left upper center plate 58B.
  • the left and right upper center plates 58A and 58B are in contact with the lower center plates 59A and 59B, respectively, and the upper center plates 58A and 58B and the lower center plates 59A and 59B are engaged to allow shaft rotation.
  • the bolster 56 is supported by the upper center plates 58A and 58B and the lower center plates 59A and 59B in addition to the support by the side supports 57 and 57 with respect to the first frame body 10 and the second frame body 20, respectively.
  • Other configurations are the same as those in the sixth embodiment.
  • the relative yawing displacement generated between the bolster 56 (vehicle body 50) and the carriage is the upper center plate 58A of the bolster 56 that engages with each other.
  • 58B and the lower center plates 59A and 59B of the frame bodies 10 and 20, respectively are transmitted to the first frame body 10 and the second frame body 20.
  • a relative back-and-forth movement of the first frame 10 and the second frame 20 can be generated.
  • the seventh embodiment has the same effect as the first embodiment.
  • a monolink type shaft box support device is adopted as the shaft box support device, but a so-called shaft beam type shaft box support device or a support plate (single leaf spring) type shaft box is used.
  • a support device can also be employed.
  • the shaft beam type is a type in which a rubber bush is inserted into the tip of an arm that extends in the front-rear direction integrally with the axle box, and this arm is coupled to the carriage frame.
  • the arm extending from the shaft box corresponds to the link of the shaft box support device in the above embodiment.
  • the single leaf spring type is a form in which the axle box and the carriage frame are coupled by two parallel leaf springs extending in the front-rear direction.
  • the leaf spring extending from the axle box corresponds to the link of the axle box support device in the above embodiment.
  • a numerical simulation analysis was performed. Specifically, a model of the carriage shown in FIG. 1 was prepared, and the situation of running on a straight road and a curved road using this model was simulated by a geometrical numerical analysis.
  • the main dimensions of the model are as follows. ⁇ Distance between front and rear axles: 2100 [mm] ⁇ Space between left and right shaft springs (shaft box): 1600 [mm] ⁇ Left and right tread brake device spacing: 1145 [mm] ⁇ Distance in the sleeper direction from the center of the carriage to the gear unit suspension: 386 [mm]
  • the curvature radius of the curved road was changed in the range of ⁇ (straight road) and R800 to R80 [m] (curvature: 0 to 0.0125 [1 / m]).
  • the condition of the steering amount is uniform under the condition that the traveling direction of the front and rear wheel axes coincides with the traveling direction of the track in the curved road, that is, the attack angle is 0 °.
  • FIG. 19 is a diagram showing an analysis result in the example.
  • the curvature “ ⁇ (minus)” indicates that the curved road is turning left
  • the curvature “+ (plus)” indicates that the curved road is turning right.
  • the relative displacement between the first frame and the second frame is the maximum 21 [mm]. It was. This relative displacement can be allowed by elastic deformation of an elastic element that couples the first frame body and the second frame body.
  • the present invention can be used for all types of railway vehicles, and in particular, can be effectively used for railway vehicles such as subways that travel on curved roads having a small curvature radius.

Landscapes

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Abstract

 鉄道車両用台車は、右側の側ばり(11)を含む第1枠体(10)と、左側の側ばり(21)を含む第2枠体(20)と、各軸箱(33A~33D)から延び出すリンク(34A~34D)を有する軸箱支持装置と、を備える。両枠体(10、20)は弾性要素(30)を介して結合される。右前側の軸箱(33A)を第1枠体(10)の前端部(11a)で支持し、リンク(34A)が第2枠体(20)からの延出部(23)に結合される。左前側の軸箱(33B)を第2枠体(20)の前端部(21a)で支持し、リンク(34B)が第1枠体(10)からの延出部(13)に結合される。右後側の軸箱(33C)を第1枠体(10)の後端部(11b)で支持し、リンク(34C)が第1枠体(10)の側ばり(11)に結合される。左後側の軸箱(33D)を第2枠体(20)の後端部(21b)で支持し、リンク(34D)が第2枠体(20)の側ばり(21)に結合される。

Description

鉄道車両用台車、及びその台車を備えた鉄道車両
 本発明は、鉄道車両用台車に関し、特に、前後の輪軸の自己操舵が可能な台車、及びその台車と車体とを備えた鉄道車両に関する。
 鉄道車両は、車体と台車から構成され、レール上を走行する。鉄道車両が曲線路を通過する際、車輪がレールを左右方向に押す力、いわゆる横圧が発生する。横圧が大きくなると脱線の危険性が高まるため、横圧を低く抑えることが望ましい。また、車輪がレールを鉛直方向に押す力、いわゆる輪重について、軌道がねじれた区間、特に曲線路の出口緩和曲線の区間では、外軌側の車輪の輪重が小さくなる。輪重が極端に小さくなると脱線の危険性が高まるため、軌道のねじれに追従して左右の輪重のバランスを保つことが望ましい。
 曲線路で横圧を低減する技術として、例えば、実開昭61-105268号公報(特許文献1)に開示されるように、曲線路のレールの曲率に応じて前後の輪軸を自己操舵することができる台車(以下、「操舵台車」ともいう)がある。従来の操舵台車は、前後の輪軸それぞれの左右に備わる軸箱をクロスアンカーリンクでたすき掛けに結合した構成である。
 従来の操舵台車では、輪軸の操舵に伴い、輪軸が台車枠に対して傾くため、台車枠と車輪との間で相対的な前後方向の変位が生じる。このため、各車輪に対して踏面ブレーキ装置を備える操舵台車の場合、各車輪と各踏面ブレーキ装置との前後方向の距離が常時変わらないようにする工夫が不可欠である。その工夫として、踏面ブレーキ装置そのものの構成を変更する場合、その構成が複雑になり、製造コストが上昇する。このため、汎用の踏面ブレーキ装置を利用することが望ましい。同様に、輪軸を駆動させるための主電動機及び歯車装置(継手を含む)も汎用のものを利用することが望ましい。
 汎用の踏面ブレーキ装置を利用する場合の工夫として、例えば、前記特許文献1及び特開平8-11717号公報(特許文献2)は、輪軸の操舵に追従する踏面ブレーキ装置専用のリンク機構を付加した台車を開示する。しかし、この操舵台車は、操舵機能をもたらす上記クロスアンカーリンクとは別に、格別なリンク機構が必要となる。
 一方、輪重の変動を抑制する技術として、例えば、特開昭56-135567号公報(特許文献3)及び特許第5524634号公報(特許文献4)は、台車枠を左右に分割した台車であって、左右の各側ばりが相対的に上下方向のみに移動又は回転を許容するように結合した台車を開示する。この台車は操舵機能を持たない。このため、特許文献3及び4に開示される台車は、曲線路での横圧を低減できない。
実開昭61-105268号公報 特開平8-11717号公報 特開昭56-135567号公報 特許第5524634号公報
 本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、下記の特性を有する自己操舵が可能な鉄道車両用台車及び鉄道車両を提供することである:
 ・汎用の踏面ブレーキ装置を利用でき、しかも、主電動機及び歯車装置(継手を含む)も汎用のものを利用できること;
 ・曲線路での横圧を低減できると同時に、輪重の変動を抑制できること。
 (I)本発明の実施形態による鉄道車両用台車は、前後に輪軸を備え、前記輪軸の自己操舵が可能な鉄道車両用台車である。
 前記台車は、
 右側の側ばり及びこの右側の側ばりと一体の第1横ばりを含む第1枠体と、
 左側の側ばり及びこの左側の側ばりと一体の第2横ばりを含む第2枠体と、
 前記各輪軸の左右の各軸箱をそれぞれ弾性的に支持する軸箱支持装置であって、前記軸箱から前後方向に沿って延び出すリンクを有する軸箱支持装置と、
 前記各輪軸の左右の各車輪にそれぞれ対応する踏面ブレーキ装置と、
 前記各輪軸をそれぞれ駆動させる主電動機及び歯車装置と、を備える。
 前記第1枠体と前記第2枠体は、弾性要素を介して結合される。
 前記第1横ばりは、前記第2枠体の前記側ばりの前端部に向けて延び出す第1延出部を有し、
 前記第2横ばりは、前記第1枠体の前記側ばりの前端部に向けて延び出す第2延出部を有する。
 右前側の前記軸箱支持装置は、右前側の前記軸箱を前記第1枠体の前記側ばりの前端部によって支持するとともに、その右前側の前記軸箱の前記リンクが前記第2枠体の前記第2延出部に結合される。
 左前側の前記軸箱支持装置は、左前側の前記軸箱を前記第2枠体の前記側ばりの前端部によって支持するとともに、その左前側の前記軸箱の前記リンクが前記第1枠体の前記第1延出部に結合される。
 右後側の前記軸箱支持装置は、右後側の前記軸箱を前記第1枠体の前記側ばりの後端部によって支持するとともに、その右後側の前記軸箱の前記リンクが前記第1枠体の前記側ばりに結合される。
 左後側の前記軸箱支持装置は、左後側の前記軸箱を前記第2枠体の前記側ばりの後端部によって支持するとともに、その左後側の前記軸箱の前記リンクが前記第2枠体の前記側ばりに結合される。
 前記第1横ばりは、左前側及び右後側の前記各踏面ブレーキ装置を保持するとともに、前後の前記各主電動機及び前記各歯車装置を保持し、
 前記第2横ばりは、右前側及び左後側の前記各踏面ブレーキ装置を保持する。
 上記の台車において、
 前記第1枠体と前記第2枠体を結合する前記弾性要素がゴム、特に積層ゴムであることが好ましい。
 また、上記の台車において、
 前記第1横ばりは、前記鉄道車両用台車の中央部まで延び出す第1突片部を有し、
 前記第2横ばりは、前記第1突片部に重なるように延び出す第2突片部を有し、
 前記第1枠体と前記第2枠体の前記弾性要素を介した結合箇所は、前記第1枠体の前記第1突片部と前記第2枠体の前記第2突片部との間の1点である構成とすることができる。
 また、上記の台車において、
 前記第1横ばりは、前記第2枠体の前記側ばりの上面に重なるように延び出す第1突片部を有し、
 前記第2横ばりは、前記第1枠体の前記側ばりの上面に重なるように延び出す第2突片部を有し、
 前記第1枠体と前記第2枠体の前記弾性要素を介した結合箇所は、前記第1枠体の前記第1突片部と前記第2枠体の前記側ばりとの間、及び前記第2枠体の前記第2突片部と前記第1枠体の前記側ばりとの間の2点である構成としてもよい。
 この台車の場合、
 前記第1突片部と前記第2突片部の前後方向の形成位置が左右で異なる構成であってもよいし、
 前記第1突片部と前記第2突片部の前後方向の形成位置が左右で一致する構成であってもよい。
 後者の台車では、前記第1突片部の形成位置が前記第1延出部の形成位置に近接し、前記第2突片部の形成位置が前記第2延出部の形成位置に近接する構成であることが好ましい。
 また、上記の台車において、
 前記第1横ばりは、前記第2横ばりの上面に重なるように延び出す第1突片部を有し、
 前記第2横ばりは、前記第1横ばりの上面に重なるように延び出す第2突片部を有し、
 前記第1枠体と前記第2枠体の前記弾性要素を介した結合箇所は、前記第1枠体の前記第1突片部と前記第2枠体の前記第2横ばりとの間、及び前記第2枠体の前記第2突片部と前記第1枠体の前記第1横ばりとの間の2点である構成とすることができる。
 (II)本発明の実施形態による鉄道車両は、上記の台車と車体とを備えた鉄道車両である。前記台車は、ボルスタレス台車であっても、ボルスタ付き台車であってもよい。
 本発明の鉄道車両用台車及び鉄道車両は、自己操舵が可能であり、下記の顕著な効果を有する:
 ・汎用の踏面ブレーキ装置を利用でき、しかも、主電動機及び歯車装置(継手を含む)も汎用のものを利用できること;
 ・曲線路での横圧を低減できると同時に、輪重の変動を抑制できること。
図1は、本発明の第1実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。 図2は、図1に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。 図3Aは、図1に示す鉄道車両用台車の右側面図である。 図3Bは、図1に示す鉄道車両用台車の左側面図である。 図4は、図2に示す鉄道車両用台車のA-A断面図である。 図5は、図1に示す鉄道車両用台車を備えた鉄道車両の一例を模式的に示す上面図である。 図6は、図5に示す鉄道車両の正面図である。 図7Aは、図5に示す鉄道車両が左旋回の曲線路を走行する際の状況を模式的に示す上面図である。 図7Bは、図5に示す鉄道車両が右旋回の曲線路を走行する際の状況を模式的に示す上面図である。 図8は、本発明の第2実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。 図9は、図8に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。 図10Aは、図8に示す鉄道車両用台車の右側面図である。 図10Bは、図8に示す鉄道車両用台車の左側面図である。 図11は、本発明の第3実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。 図12は、図11に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。 図13は、本発明の第4実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。 図14は、図13に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。 図15Aは、図14に示す鉄道車両用台車のB-B断面図である。 図15Bは、図14に示す鉄道車両用台車のC-C断面図である。 図16は、本発明の第5実施形態による鉄道車両の一例を模式的に示す正面図である。 図17は、本発明の第6実施形態による鉄道車両の一例を模式的に示す正面図である。 図18は、本発明の第7実施形態による鉄道車両の一例を模式的に示す正面図である。 図19は、実施例での解析結果を示す図である。
 以下に、本発明の鉄道車両用台車及び鉄道車両について、その実施形態を詳述する。
 [第1実施形態]
 図1は、本発明の第1実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。図2は、図1に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。図3Aは、図1に示す鉄道車両用台車の右側面図であり、図3Bは、その台車の左側面図である。図4は、図2に示す鉄道車両用台車のA-A断面図である。
 図1及び図2に示すように、第1実施形態の台車は、台車枠として、互いに別個独立した第1枠体10と第2枠体20とを備える。台車枠は、第1枠体10と第2枠体20を組み合わせてなる。図1では、第1枠体10と第2枠体20の構成の理解を容易にするため、第1枠体10の構成要素は太い実線で示し、第2枠体20の構成要素は太い点線で示す。
 第1枠体10は、右側の側ばり11と第1横ばり12とを含む。右側の側ばり11と第1横ばり12は、溶接によって強固に接合され一体化されている。一方、第2枠体20は、左側の側ばり21と第2横ばり22とを含む。左側の側ばり21と第2横ばり22は、溶接によって強固に接合され一体化されている。
 第1枠体10の第1横ばり12は、第2枠体20の側ばり21の前端部21aに向けて延び出す第1延出部13を備える(図1、図2及び図3B参照)。第1延出部13は、第2枠体20の側ばり21の下に回り込み、その側ばり21の前端部21aの後方に配置される。すなわち、右側の側ばり11と一体の第1横ばり12から延び出す第1延出部13は、その反対側の左側の側ばり21の位置まで達する。一方、第2枠体20の第2横ばり22は、第1枠体10の側ばり11の前端部11aに向けて延び出す第2延出部23を備える(図1、図2及び図3A参照)。第2延出部23は、第1枠体10の側ばり11の下に回り込み、その側ばり11の前端部11aの後方に配置される。すなわち、左側の側ばり21と一体の第2横ばり22から延び出す第2延出部23は、その反対側の右側の側ばり11の位置まで達する。
 第1枠体10と第2枠体20は、弾性要素30を介して結合される。具体的には、図1、図2及び図4に示すように、第1横ばり12は、鉄道車両用台車の中央部まで延び出す第1突片部14を有する。一方、第2横ばり22は、その第1突片部14に重なるように延び出す第2突片部24を有する。第1突片部14と第2突片部24の重なり部分の各々は水平である。この重なり部分では、第1突片部14と第2突片部24のどちらが上でも構わない。図4は、第1突片部14が第2突片部24の上に重なる場合を示す。
 第1突片部14と第2突片部24の重なり部分は、両者の間に弾性要素30が配置され、この弾性要素30を介して結合される。これにより、第1枠体10と第2枠体20は、第1枠体10の第1突片部14と第2枠体20の第2突片部24との間の1点で、弾性要素30を介して結合された状態になる。弾性要素30は前後左右上下のあらゆる方向への弾性変形を許容する。厳密には、弾性要素30の弾性は、上下方向には硬く、前後方向には操舵機能を得るために軟らかく、ローリング方向及びピッチング方向の回転に対しては、軌道の変化に追従できるようにある程度軟らかい。弾性要素30としては、天然ゴムや合成ゴム等のようなゴムを単体で適用したり、薄いゴムシートと鋼板を交互に積層した積層ゴムを適用したりすることができる。実用的には、積層ゴムが好ましい。
 このような第1枠体10及び第2枠体20を組み合わせて成る台車枠は、前後にそれぞれ輪軸31A、31Bを備える。各輪軸31A、31Bは、それぞれ左右に車輪32A、32B、32C、32Dを備える。また、各輪軸31A、31Bの左右の両端部には、それぞれ軸箱33A、33B、33C、33Dが取り付けられる。各軸箱33A、33B、33C、33Dは、台車枠(第1枠体10及び第2枠体20)に対し、軸箱支持装置によって弾性的に支持される。
 各軸箱支持装置は、汎用品であり、図1、図3A及び図3Bに示すように、各軸箱33A、33B、33C、33Dから前後方向に沿って延び出すリンク34A、34B、34C、34Dを有する。図3A及び図3Bに示す軸箱支持装置は、いわゆるモノリンク式の軸箱支持装置である。モノリンク式とは、両端部にゴムブッシュを挿入した1本のリンクによって軸箱と台車枠を結合する形式である。
 右前側の軸箱支持装置は、特に図3Aに示すように、右前側の軸箱33Aを第1枠体10の側ばり11の前端部11aによって支持する。その軸箱33Aとその側ばり11の前端部11aとの間には、コイルスプリング35が配置される。コイルスプリング35に加え、又はコイルスプリング35に代えて、積層ゴムが配置されてもよい。その軸箱支持装置のリンク34Aは、前後の両端部にゴムブッシュ36a、36bを有する。リンク34Aの前端部がゴムブッシュ36aを介して軸箱33Aに連結され、リンク34Aの後端部がゴムブッシュ36bを介して第2枠体20の第2延出部23に連結される。
 一方、左前側の軸箱支持装置は、特に図3Bに示すように、左前側の軸箱33Bを第2枠体20の側ばり21の前端部21aによって支持する。その側ばり21の前端部21aによる軸箱33Bの支持構造は、上記した右前側の軸箱支持装置の場合と同様である。左前側の軸箱支持装置のリンク34Bは、前後の両端部にゴムブッシュ36a、36bを有する。リンク34Bの前端部がゴムブッシュ36aを介して軸箱33Bに連結され、リンク34Bの後端部がゴムブッシュ36bを介して第1枠体10の第1延出部13に連結される。
 また、右後側の軸箱支持装置は、特に図3Aに示すように、右後側の軸箱33Cを第1枠体10の側ばり11の後端部11bによって支持する。その側ばり11の後端部11bによる軸箱33Cの支持構造は、上記した右前側の軸箱支持装置の場合と同様である。ここで、第1枠体10の側ばり11の下面には、第1突起部15が設けられている。この第1突起部15は、その側ばり11の後端部11bの前方の位置から突出する。右後側の軸箱支持装置のリンク34Cは、前後の両端部にゴムブッシュ36a、36bを有する。リンク34Cの後端部がゴムブッシュ36aを介して軸箱33Cに連結され、リンク34Cの前端部がゴムブッシュ36bを介して第1枠体10の第1突起部15に連結される。
 一方、左後側の軸箱支持装置は、特に図3Bに示すように、左後側の軸箱33Dを第2枠体20の側ばり21の後端部21bによって支持する。その側ばり21の後端部21bによる軸箱33Dの支持構造は、上記した右前側の軸箱支持装置の場合と同様である。ここで、第2枠体20の側ばり21の下面には、第2突起部25が設けられている。この第2突起部25は、その側ばり21の後端部21bの前方の位置から突出する。左後側の軸箱支持装置のリンク34Dは、前後の両端部にゴムブッシュ36a、36bを有する。リンク34Dの後端部がゴムブッシュ36aを介して軸箱33Dに連結され、リンク34Dの前端部がゴムブッシュ36bを介して第2枠体20の第2突起部25に連結される。
 図1に示すように、上記の台車枠(第1枠体10及び第2枠体20)は、各輪軸31A、31Bの左右の各車輪32A、32B、32C、32Dにそれぞれ対応する踏面ブレーキ装置40A、40B、40C、40Dを備える。各踏面ブレーキ装置40A、40B、40C、40Dは、各車輪32A、32B、32C、32Dの踏面に対向するブレーキシューを有する。
 右前側の踏面ブレーキ装置40Aは、右前側の車輪32Aの直ぐ後方で、第2枠体20の第2横ばり22によって保持される。左前側の踏面ブレーキ装置40Bは、左前側の車輪32Bの直ぐ後方で、第1枠体10の第1横ばり12によって保持される。右後側の踏面ブレーキ装置40Cは、右後側の車輪32Cの直ぐ前方で、第1枠体10の第1横ばり12によって保持される。左後側の踏面ブレーキ装置40Dは、左後側の車輪32Dの直ぐ前方で、第2枠体20の第2横ばり22によって保持される。
 実際には、図2に示すように、右前側及び左後側の各踏面ブレーキ装置40A、40Dは、それぞれ第2枠体20の第2横ばり22に形成されたブレーキ装置用座28a、28bに固定される。左前側及び右後側の踏面ブレーキ装置40B、40Cは、それぞれ第1枠体10の第1横ばり12に形成されたブレーキ装置用座18a、18bに固定される。
 図1に示すように、上記の台車枠(第1枠体10及び第2枠体20)は、各輪軸31A、31Bをそれぞれ駆動させるために、主電動機41A、41B、歯車装置42A、42B及び継手43A、43Bを備える。これらの主電動機41A、41B、歯車装置42A、42B及び継手43A、43Bは、いずれも汎用品である。歯車装置42A、42Bは、輪軸31A、31Bの車軸に嵌め込まれた大歯車と、この大歯車に噛み合う小歯車を有する。継手43A、43Bは、歯車形継手又はたわみ板形継手であり、主電動機41A、41Bの主軸と歯車装置42A、42Bの小歯車軸とを接続し、主電動機41A、41Bの主軸の回転トルクを歯車装置42A、42Bの小歯車軸に伝達する。更に、継手43A、43Bは、主電動機41A、41Bの主軸と歯車装置42A、42Bの小歯車軸との間の相対変位を吸収する。
 前側の輪軸31Aには、左前側の車輪32Bに隣接して前側の歯車装置42Aが配置される。第1枠体10の第1横ばり12には、左前側の踏面ブレーキ装置40Bに隣接して吊り具44Aが設けられる。前側の歯車装置42Aは、その吊り具44Aによって吊り下げられ、揺動可能に保持される。後側の輪軸31Bには、右後側の車輪32Cに隣接して後側の歯車装置42Bが配置される。第1枠体10の第1横ばり12には、右後側の踏面ブレーキ装置40Cに隣接して吊り具44Bが設けられる。後側の歯車装置42Bは、その吊り具44Bによって吊り下げられ、揺動可能に保持される。
 実際には、図2に示すように、前側の歯車装置42Aは、第1枠体10の第1横ばり12から前方に延び出す吊り具用座17aに吊り具44Aを介して取り付けられる。後側の歯車装置42Bは、第1枠体10の第1横ばり12から後方に延び出す吊り具用座17bに吊り具44Bを介して取り付けられる。
 第1枠体10の第1横ばり12には、前側の吊り具44Aに隣接して主電動機41Aが保持され、後側の吊り具44Bに隣接して主電動機41Bが保持される。実際には、図2に示すように、前側の主電動機41Aは、第1枠体10の第1横ばり12から前方に延び出す主電動機用座16aに取り付けられる。後側の主電動機41Bは、第1枠体10の第1横ばり12から後方に延び出す主電動機用座16bに取り付けられる。
 図5は、図1に示す鉄道車両用台車を備えた鉄道車両の一例を模式的に示す上面図である。図6は、図5に示す鉄道車両の正面図である。図7A及び図7Bは、図5に示す鉄道車両が曲線路を走行する際の状況を模式的に示す上面図である。これらの図のうち、図7Aは、左旋回の曲線路の場合を示し、図7Bは、右旋回の曲線路の場合を示す。
 図5~図7Bに示す鉄道車両は、車両と台車との間にボルスタを有しないボルスタレス台車を用いた鉄道車両である。この鉄道車両は、車体50の前後に上記の台車を1台ずつ備える。図5~図7Bでは、便宜上、後側の台車を省略するとともに、前記図1と同様に、第1枠体10の構成要素は太い実線で示し、第2枠体20の構成要素は太い点線で示す。図6では、便宜上、輪軸も省略する。
 図5及び図6に示すように、台車枠を構成する第1枠体10の側ばり11及び第2枠体20の側ばり21の各上面に空気ばね51、51が設置される。車体50は、それらの左右に一対の空気ばね51、51によって台車枠(第1枠体10の側ばり11及び第2枠体20の側ばり21)に結合される。
 ここで、図5及び図6に示すように、車体50と台車との間には、左右に一対のリンク52A、52Bが配置される。各リンク52A、52Bは、前後方向に沿って延び、前後の両端部にゴムブッシュ53a、53b有する。右側のリンク52Aは、その前端部がゴムブッシュ53aを介して第1枠体10の第1横ばり12に連結され、後端部がゴムブッシュ53bを介して車体50に連結される。左側のリンク52Bは、その後端部がゴムブッシュ53aを介して第2枠体20の第2横ばり22に連結され、前端部がゴムブッシュ53bを介して車体50に連結される。
 各空気ばね51、51は、車体50の重量を負担する。車体50と台車を結合する左右の各リンク52A、52Bのゴムブッシュ53a、53bは、上下左右の方向の変位を許容する。
 このような構成の鉄道車両が曲線路を走行する際の各構成要素の挙動は、下記のとおりである。曲線路では、車体50と台車との間に相対的なヨーイング変位が発生する。例えば、左旋回の曲線路では、図7Aに示すように、車体50は、台車に対し、すなわち車両の進行方向に対し、右向きにヨーイングする様相になる。それとは逆に右旋回の曲線路では、図7Bに示すように、車体50は、台車に対し、左向きにヨーイングする様相になる。
 先ず、図7Aを参照し、左旋回の曲線路の場合について説明する。上記のとおり、車体50は、右側のリンク52Aを介して第1枠体10(第1横ばり12)に結合され、左側のリンク52Bを介して第2枠体20(第2横ばり22)に結合されている。このため、車体50が右向きにヨーイングすることにより、第1枠体10には右側のリンク52Aを通じて後方に向く力が作用し、第2枠体20には左側のリンク52Bを通じて前方に向く力が作用する。すなわち、第1枠体10と第2枠体20には、前後方向で互いに逆向きの力が作用する。
 その際、上記のとおり、第1枠体10と第2枠体20は、弾性要素30を介して結合されている。このため、第1枠体10と第2枠体20に個々に上記の力が作用することにより、弾性要素30が弾性変形し、その結果として、第1枠体10は後方に移動し、第2枠体20は前方に移動する。要するに、第1枠体10と第2枠体20の相対的な前後運動が生じる。
 これにより、第1枠体10の側ばり11の前後端部11a、11bにそれぞれ弾性的に支持された軸箱33A、33Cは、以下の挙動を取る。右前側の軸箱33Aは、第1枠体10に支持されるとともに、第1枠体10とは異なる第2枠体20の第2延出部23にリンク34Aを介して結合されている。このため、右前側の軸箱33Aは、そのリンク34Aを通じ、第1枠体10の移動方向とは逆方向の前方に向く力を受け、前方に移動する。一方、右後側の軸箱33Cは、第1枠体10に支持されるとともに、同じ第1枠体10の第1突起部15にリンク34Cを介して結合されている。このため、右後側の軸箱33Cは、第1枠体10と一緒に後方に移動する。
 これに対し、第2枠体20の側ばり21の前後端部21a、21bにそれぞれ弾性的に支持された軸箱33B、33Dは、以下の挙動を取る。左前側の軸箱33Bは、第2枠体20に支持されるとともに、第2枠体20とは異なる第1枠体10の第1延出部13にリンク34Bを介して結合されている。このため、左前側の軸箱33Bは、そのリンク34Bを通じ、第2枠体20の移動方向とは逆方向の後方に向く力を受け、後方に移動する。一方、左後側の軸箱33Dは、第2枠体20に支持されるとともに、同じ第2枠体20の第2突起部25にリンク34Dを介して結合されている。このため、左後側の軸箱33Dは、第2枠体20と一緒に前方に移動する。
 そうすると、右前側の軸箱33Aの前方への移動、及び左前側の軸箱33Bの後方への移動により、前側の輪軸31Aは、右側が前方に左側が後方に変位し、その軸が左旋回の曲線路の曲率中心に向くように自己操舵される。一方、右後側の軸箱33Cの後方への移動、及び左後側の軸箱33Dの前方への移動により、後側の輪軸31Bは、右側が後方に左側が前方に変位し、その軸が左旋回の曲線路の曲率中心に向くように自己操舵される。このように、左旋回の曲線路に従って車体50と台車との間に相対的なヨーイング変位が発生することにより、第1枠体10と第2枠体20の相対的な前後運動が生じ、これに連動して前後の輪軸31A、31Bが自己操舵される。
 このとき、前側の踏面ブレーキ装置40A、40Bのうち、右前側の踏面ブレーキ装置40Aは、第2枠体20の第2横ばり22に保持されているので、第2枠体20と一緒に前方に移動する。左前側の踏面ブレーキ装置40Bは、第1枠体10の第1横ばり12に保持されているので、第1枠体10と一緒に後方に移動する。これに対し、上記のとおりに前側の輪軸31Aが変位することに伴い、右前側の車輪32Aは前方に移動し、左前側の車輪32Bは後方に移動する。ここで、右前側の踏面ブレーキ装置40Aと車輪32Aの前方への移動量はほぼ同じである。左前側の踏面ブレーキ装置40Bと車輪32Bの後方への移動量はほぼ同じである。これらのことから、前側の各車輪32A、32Bと各踏面ブレーキ装置40A、40Bとの前後方向の距離は、操舵にかかわらず一定になる。
 一方、後側の踏面ブレーキ装置40C、40Dのうち、右後側の踏面ブレーキ装置40Cは、第1枠体10の第1横ばり12に保持されているので、第1枠体10と一緒に後方に移動する。左後側の踏面ブレーキ装置40Dは、第2枠体20の第2横ばり22に保持されているので、第2枠体20と一緒に前方に移動する。これに対し、上記のとおりに後側の輪軸31Bが変位することに伴い、右後側の車輪32Cは後方に移動し、左後側の車輪32Dは前方に移動する。ここで、右後側の踏面ブレーキ装置40Cと車輪32Cの後方への移動量はほぼ同じである。左後側の踏面ブレーキ装置40Dと車輪32Dの前方への移動量はほぼ同じである。これらのことから、後側の各車輪32C、32Dと各踏面ブレーキ装置40C、40Dとの前後方向の距離は、操舵にかかわらず一定になる。
 したがって、踏面ブレーキ装置40A、40B、40C、40Dとして、汎用品を用いても、各車輪32A、32B、32C、32Dと各踏面ブレーキ装置40A、40B、40C、40Dとの前後方向の距離は、操舵にかかわらず一定になることから、十分にブレーキ性能を常時維持することができる。
 また、前後の主電動機41A、41Bは、第1枠体10の第1横ばり12に保持されているので、第1枠体10と一緒に後方に移動する。これに対し、前側の歯車装置42Aは、左前側の車輪32Bに隣接した位置で前側の輪軸31Aに取り付けられている。後側の歯車装置42Bは、右後側の車輪32Cに隣接した位置で後側の輪軸31Bに取り付けられている。このため、上記のとおりに前後の各輪軸31A、31Bが変位することに伴い、前後の各歯車装置42A、42Bは後方に移動する。ここで、前後の各主電動機41A、41Bと前後の各歯車装置42A、42Bの後方への移動量は多少異なるが、それらを接続する前後の各継手(歯車形継手又はたわみ板形継手)43A、43Bがその移動量の差を許容する。したがって、主電動機41A、41B、歯車装置42A、42B及び継手43A、43Bとして、汎用品を用いても、各歯車装置42A、42Bと各継手43A、43Bとの前後方向の距離は、操舵にかかわらず一定になることから、各輪軸31A、31Bの円滑な駆動を常時維持することができる。
 次に、図7Bを参照し、右旋回の曲線路の場合について説明する。右旋回の曲線路では、車体50は、台車に対し、上記した左旋回の曲線路の場合とは逆に、左向きにヨーイングする様相になる。車体50が左向きにヨーイングすることにより、上記した左旋回の曲線路の場合とは逆に、第1枠体10には右側のリンク52Aにより前方に向く力が作用し、第2枠体20には左側のリンク52Bにより後方に向く力が作用する。このため、第1枠体10と第2枠体20に生じる相対的な前後運動は、上記した左旋回の曲線路の場合とは逆になる。これにより、各構成要素の挙動は、上記した左旋回の曲線路の場合とは左右で逆になるだけである。
 以上のとおり、本実施形態によれば、鉄道車両が曲線路を走行する際、曲線路に従って車体50と台車との間に相対的なヨーイング変位が発生することにより、第1枠体10と第2枠体20の相対的な前後運動が生じ、これに連動して前後の輪軸31A、31Bの自己操舵が可能になる。このため、線路での横圧を低減できる。
 また、第1枠体10及び第2枠体20に対し、各軸箱33A、33B、33C、33Dが軸箱支持装置によって弾性的に支持され、これと併せて第1枠体10と第2枠体20が弾性要素30を介して結合されているので、軌道のねじれに伴って発生する前側の輪軸31Aと後側の輪軸31Bの相対的なローリング変位を許容することが可能になる。このため、輪重の変動を抑制できる。
 また、汎用の踏面ブレーキ装置を利用でき、しかも、主電動機及び歯車装置(継手を含む)も汎用のものを利用できる。
 [第2実施形態]
 図8は、本発明の第2実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。図9は、図8に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。図10Aは、図8に示す鉄道車両用台車の右側面図であり、図10Bは、その台車の左側面図である。第2実施形態は、上記の第1実施形態の構成を基本としたものであり、第1実施形態と重複する説明は適宜省略する。後述する第3~第7実施形態でも同様とする。図8では、前記図1と同様に、第1枠体10の構成要素は太い実線で示し、第2枠体20の構成要素は太い点線で示す。
 第2実施形態では、図8、図9及び図10Bに示すように、第1横ばり12から延び出す第1突片部14は、第2枠体20の側ばり21の上面に重なる。その重なり部分の位置は、第2枠体20の側ばり21の上面であれば、特に限定しない。ただし、設計の容易性から、第1突片部14は、同じ第1横ばり12から延び出す第1延出部13の形成位置に近接するのが好ましい。
 一方、図8、図9及び図10Aに示すように、第2横ばり22から延び出す第2突片部24は、第1枠体10の側ばり11の上面に重なる。その重なり部分の位置は、第1枠体10の側ばり11の上面であれば、特に限定しない。ただし、設計の容易性から、第2突片部24は、同じ第2横ばり22から延び出す第2延出部23の形成位置に近接するのが好ましい。
 第2実施形態は、第1突片部14と第2突片部24の前後方向の形成位置が左右で異なる態様である(図8及び図9参照)。
 第1枠体10の第1突片部14と第2枠体20の側ばり21の重なり部分は、両者の間に弾性要素30が配置され、この弾性要素30を介して結合される(特に図10B参照)。同様に、第2枠体20の第2突片部24と第1枠体10の側ばり11の重なり部分は、両者の間に弾性要素30が配置され、この弾性要素30を介して結合される(特に図10A参照)。これにより、第1枠体10と第2枠体20は、第1枠体10の第1突片部14と第2枠体20の側ばり21との間、及び第2枠体20の第2突片部24と第1枠体10の側ばり11との間の2点で、弾性要素30を介して結合された状態になる。弾性要素30は、上記の第1実施形態と同様に、前後左右上下のあらゆる方向への弾性変形を許容する。
 第2実施形態でも、上記の第1実施形態と同様に、第1枠体10と第2枠体20が弾性要素30を介して結合されていることに変わりはなく、それ以外の構成は上記の第1実施形態と同じである。したがって、第2実施形態でも、上記の第1実施形態と同様の効果を奏する。
 [第3実施形態]
 図11は、本発明の第3実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。図12は、図11に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。第3実施形態は、上記の第2実施形態の構成を変形したものである。図11では、前記図1と同様に、第1枠体10の構成要素は太い実線で示し、第2枠体20の構成要素は太い点線で示す。
 第3実施形態は、第1突片部14と第2突片部24の前後方向の形成位置が左右で一致する態様である。第1突片部14と第2突片部24の前後方向の形成位置は、左右で一致する限り、特に限定しない。ただし、設計の容易性から、第2突片部24は、同じ第2横ばり22から延び出す第2延出部23の形成位置に近接するのが好ましい。第1突片部14は、同じ第1横ばり12から延び出す第1延出部13の形成位置に近接するのが好ましい。
 第3実施形態でも、上記の第1、第2実施形態と同様に、第1枠体10と第2枠体20が弾性要素30を介して結合されていることに変わりはなく、それ以外の構成は上記の第1及び第2実施形態と同じである。したがって、第3実施形態でも、上記の第1実施形態と同様の効果を奏する。
 [第4実施形態]
 図13は、本発明の第4実施形態による鉄道車両用台車の一例を模式的に示す上面図である。図14は、図13に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠の具体例を示す上面図である。図15Aは、図14に示す鉄道車両用台車のB-B断面図であり、図15Bは、その台車のC-C断面図である。図13では、前記図1と同様に、第1枠体10の構成要素は太い実線で示し、第2枠体20の構成要素は太い点線で示す。
 第4実施形態では、図13、図14及び図15Bに示すように、第1横ばり12から延び出す第1突片部14は、第2横ばり22の上面に重なる。その重なり部分の位置は、第2横ばり22の上面であれば、特に限定しない。一方、図13、図14及び図15Aに示すように、第2横ばり22から延び出す第2突片部24は、第1横ばり12の上面に重なる。その重なり部分の位置は、第1横ばり12の上面であれば、特に限定しない。
 第1枠体10の第1突片部14と第2枠体20の第2横ばり22の重なり部分は、両者の間に弾性要素30が配置され、この弾性要素30を介して結合される(特に図15B参照)。同様に第2枠体20の第2突片部24と第1枠体10の第1横ばり12の重なり部分は、両者の間に弾性要素30が配置され、この弾性要素30を介して結合される(特に図15A参照)。これにより、第1枠体10と第2枠体20は、第1枠体10の第1突片部14と第2枠体20の第2横ばり22との間、及び第2枠体20の第2突片部24と第1枠体10の第1横ばり12との間の2点で、弾性要素30を介して結合された状態になる。弾性要素30は、上記の第1実施形態と同様に、前後左右上下のあらゆる方向への弾性変形を許容する。
 第4実施形態でも、上記の第1~第3実施形態と同様に、第1枠体10と第2枠体20が弾性要素30を介して結合されていることに変わりはなく、それ以外の構成は上記の第1~第3実施形態と同じである。したがって、第4実施形態でも、上記の第1実施形態と同様の効果を奏する。
 [第5実施形態]
 図16は、本発明の第5実施形態による鉄道車両の一例を模式的に示す正面図である。第5実施形態は、上記の第1~第4実施形態における車体50と台車とを支持する構成のうち、左右のリンク52A、52Bに代わる構成を付加したものである。
 図16に示すように、車体50の下面からは、左右に一対の軸部材54A、54Bが突出する。第1枠体10の第1横ばり12の上面には、右側の軸部材54Aの位置に対応して円筒部材55Aが設置されている。一方、第2枠体20の第2横ばり22の上面には、左側の軸部材54Bの位置に対応して円筒部材55Bが設置されている。左右の各軸部材54A、54Bは、それぞれ各円筒部材55A、55Bに挿入される。これにより、各軸部材54A、54Bと各円筒部材55A、55Bは、それぞれ係合し、軸回転を許容する。それ以外の構成は上記の第1~第4実施形態と同じである。
 第5実施形態の場合、鉄道車両が曲線路を走行する際、車体50と台車との間に発生した相対的なヨーイング変位は、互いに係合する車体50の各軸部材54A、54Bと各枠体10、20の円筒部材55A、55Bにより、第1枠体10と第2枠体20に伝達される。その結果、上記の第1~第4実施形態と同様に、第1枠体10と第2枠体20の相対的な前後運動を生じることができる。
 したがって、第5実施形態でも、上記の第1実施形態と同様の効果を奏する。
 [第6実施形態]
 図17は、本発明の第6実施形態による鉄道車両の一例を模式的に示す正面図である。第6実施形態は、上記の第1~第4実施形態における台車として、ボルスタを有するボルスタ付き台車を適用したものである。
 図17に示すように、鉄道車両は、車体50と台車との間に、左右に一対の側受け57、57と、ボルスタ56を備える。側受け57、57は、第1枠体10の側ばり11及び第2枠体20の側ばり21のそれぞれに配置される。ボルスタ56は、各側受け57、57によってスライド可能に支持される。このボルスタ56の上面に左右に一対の空気ばね51、51が配置される。車体50は、それらの空気ばね51、51によってボルスタ56に結合される。
 第6実施形態では、ボルスタ56と台車との間に、上記の第1~第4実施形態における左右に一対のリンク52A、52Bが配置される。前後方向に沿う右側のリンク52Aは、その前端部がゴムブッシュ53aを介して第1枠体10(右側の側ばり又は第1横ばり)に連結され、後端部がゴムブッシュ53bを介してボルスタ56に連結される。前後方向に沿う左側のリンク52Bは、その後端部がゴムブッシュ53aを介して第2枠体20(左側の側ばり又は第2横ばり)に連結され、前端部がゴムブッシュ53bを介してボルスタ56に連結される。
 第6実施形態の場合、車体50とボルスタ56が一体であるから、鉄道車両が曲線路を走行する際、車体50に一体化されたボルスタ56と、台車と、の間に相対的なヨーイング変位が発生する。このヨーイング変位は、ボルスタ56と台車を結合する左右の各リンク52A、52Bにより、第1枠体10と第2枠体20に伝達される。その結果、上記の第1~第4実施形態と同様に、第1枠体10と第2枠体20の相対的な前後運動を生じることができる。
 したがって、第6実施形態でも、上記の第1実施形態と同様の効果を奏する。
 [第7実施形態]
 図18は、本発明の第7実施形態による鉄道車両の一例を模式的に示す正面図である。第5実施形態は、上記の第6実施形態におけるボルスタ56と台車とを支持する構成のうち、左右のリンク52A、52Bに代わる構成を付加したものである。
 図18に示すように、ボルスタ56の下面からは、左右に一対の上心皿58A、58Bが突出する。第1枠体10(右側の側ばり又は第1横ばり)の上面には、右側の上心皿58Aの位置に対応して下心皿59Aが設置されている。一方、第2枠体20(左側の側ばり又は第2横ばり)の上面には、左側の上心皿58Bの位置に対応して下心皿59Bが設置されている。左右の各上心皿58A、58Bは、それぞれ各下心皿59A、59Bに接し、各上心皿58A、58Bと各下心皿59A、59Bは、それぞれ係合して軸回転を許容する。ボルスタ56は、第1枠体10及び第2枠体20のそれぞれに対し、各側受け57、57による支持に加え、各上心皿58A、58Bと各下心皿59A、59Bによって支持される。それ以外の構成は上記の第6実施形態と同じである。
 第6実施形態の場合、鉄道車両が曲線路を走行する際、ボルスタ56(車体50)と台車との間に発生した相対的なヨーイング変位は、互いに係合するボルスタ56の各上心皿58A、58Bと各枠体10、20の下心皿59A、59Bにより、第1枠体10と第2枠体20に伝達される。その結果、上記の第6実施形態と同様に、第1枠体10と第2枠体20の相対的な前後運動を生じることができる。
 したがって、第7実施形態でも、上記の第1実施形態と同様の効果を奏する。
 その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、軸箱支持装置としてモノリンク式の軸箱支持装置を採用しているが、いわゆる軸はり式の軸箱支持装置、又は支持板(片板ばね)式の軸箱支持装置を採用することもできる。軸はり式とは、軸箱と一体となって前後方向に延びる腕の先端部にゴムブッシュを挿入し、この腕を台車枠に結合する形式である。軸はり式を採用する場合、軸箱から延びる腕が上記の実施形態でいう軸箱支持装置のリンクに相当する。片板ばね式とは、前後方向に延びる平行な2枚の板ばねによって軸箱と台車枠を結合する形式である。片板ばね式を採用する場合、軸箱から延びる板ばねが上記の実施形態でいう軸箱支持装置のリンクに相当する。
 本発明による効果を確認するため、数値シミュレーション解析を実施した。具体的には、前記図1に示す台車のモデルを作製し、このモデルを用いて直線路及び曲線路を走行する状況を幾何学的な数値解析により模擬した。モデルの主要な諸寸法は下記のとおりである。
 ・前後の輪軸間の距離:2100[mm]
 ・左右の軸ばね(軸箱)中心間の間隔:1600[mm]
 ・左右の踏面ブレーキ装置の間隔:1145[mm]
 ・台車中心から歯車装置吊り具までの枕木方向の距離:386[mm]
 数値解析では、曲線路の曲率半径を∞(直線路)及びR800~R80[m](曲率:0~0.0125[1/m])の範囲で変化させた。操舵量の条件は、曲線路内で前後の輪軸の進む方向が軌道の進む方向と一致する条件、すなわちアタック角が0°の条件で一律とした。
 変化させた曲線路の曲率半径ごとに、前後左右の各踏面ブレーキ装置と各車輪との間の長さ、前後の各歯車装置と各継手との間の長さ、及び第1枠体と第2枠体との間の長さを抽出した。いずれの長さも前後方向とし、初期長さ(直線路走行を想定した曲率0のときの長さ)に対する相対変位で評価した。
 図19は、実施例での解析結果を示す図である。図19中、曲率の「-(マイナス)」は曲線路が左旋回であることを示し、曲率の「+(プラス)」は曲線路が右旋回であることを示す。
 図19に示すように、いずれの曲率でも、各踏面ブレーキ装置と各車輪との間の相対変位、及び各歯車装置と各継手との間の相対変位は常にゼロであった。この結果から、主電動機、歯車装置及び継手として汎用品を使用しても全く問題が生じないといえる。
 また、曲率が最大の0.125[1/m](曲線半径:R80[m])のとき、第1枠体と第2枠体との間の相対変位が最大の21[mm]となった。この相対変位は、第1枠体と第2枠体を結合する弾性要素の弾性変形で許容できる。
 本発明は、あらゆる鉄道車両に利用することができ、特に、曲率半径の小さい曲線路を走行する地下鉄等の鉄道車両に有効に利用できる。
 10:第1枠体、 11:右側の側ばり、
 11a:前端部、 11b:後端部、
 12:第1横ばり、 13:第1延出部、
 14:第1突片部、 15:第1突起部、
 16a、16b:主電動機用座、 17a、17b:吊り具用座、
 18a、18b:ブレーキ装置用座、
 20:第2枠体、 21:左側の側ばり、
 21a:前端部、 21b:後端部、
 22:第2横ばり、 23:第2延出部、
 24:第2突片部、 25:第2突起部、
 28a、28b:ブレーキ装置用座、
 30:弾性要素、 31A、31B:輪軸、
 32A、32B、32C、32D:車輪、
 33A、33B、33C、33D:軸箱、
 34A、34B、34C、34D:軸箱のリンク、
 35:コイルスプリング、
 36a、36b:軸箱支持装置のゴムブッシュ、
 40A、40B、40C、40D:踏面ブレーキ装置、
 41A、41B:主電動機、 42A、42B:歯車装置、
 43A、43B:継手、 44A、44B:吊り具、
 50:車体、 51:空気ばね、
 52A、52B:リンク、 53a、53b:ゴムブッシュ、
 54A、54B:軸部材、 55A、55B:円筒部材、
 56:ボルスタ、 57:側受け、
 58A、58B:上心皿、 59A、59B:下心皿

Claims (13)

  1.  前後に輪軸を備え、前記輪軸の自己操舵が可能な鉄道車両用台車であって、
     前記台車は、
     右側の側ばり及びこの右側の側ばりと一体の第1横ばりを含む第1枠体と、
     左側の側ばり及びこの左側の側ばりと一体の第2横ばりを含む第2枠体と、
     前記各輪軸の左右の各軸箱をそれぞれ弾性的に支持する軸箱支持装置であって、前記軸箱から前後方向に沿って延び出すリンクを有する軸箱支持装置と、
     前記各輪軸の左右の各車輪にそれぞれ対応する踏面ブレーキ装置と、
     前記各輪軸をそれぞれ駆動させる主電動機及び歯車装置と、を備え、
     前記第1枠体と前記第2枠体は、弾性要素を介して結合され、
     前記第1横ばりは、前記第2枠体の前記側ばりの前端部に向けて延び出す第1延出部を有し、
     前記第2横ばりは、前記第1枠体の前記側ばりの前端部に向けて延び出す第2延出部を有し、
     右前側の前記軸箱支持装置は、右前側の前記軸箱を前記第1枠体の前記側ばりの前端部によって支持するとともに、その右前側の前記軸箱の前記リンクが前記第2枠体の前記第2延出部に結合され、
     左前側の前記軸箱支持装置は、左前側の前記軸箱を前記第2枠体の前記側ばりの前端部によって支持するとともに、その左前側の前記軸箱の前記リンクが前記第1枠体の前記第1延出部に結合され、
     右後側の前記軸箱支持装置は、右後側の前記軸箱を前記第1枠体の前記側ばりの後端部によって支持するとともに、その右後側の前記軸箱の前記リンクが前記第1枠体の前記側ばりに結合され、
     左後側の前記軸箱支持装置は、左後側の前記軸箱を前記第2枠体の前記側ばりの後端部によって支持するとともに、その左後側の前記軸箱の前記リンクが前記第2枠体の前記側ばりに結合され、
     前記第1横ばりは、左前側及び右後側の前記各踏面ブレーキ装置を保持するとともに、前後の前記各主電動機及び前記各歯車装置を保持し、
     前記第2横ばりは、右前側及び左後側の前記各踏面ブレーキ装置を保持する、鉄道車両用台車。
  2.  請求項1に記載の台車であって、
     前記第1枠体と前記第2枠体を結合する前記弾性要素がゴムである、鉄道車両用台車。
  3.  請求項1に記載の台車であって、
     前記第1枠体と前記第2枠体を結合する前記弾性要素が積層ゴムである、鉄道車両用台車。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の台車であって、
     前記第1横ばりは、前記鉄道車両用台車の中央部まで延び出す第1突片部を有し、
     前記第2横ばりは、前記第1突片部に重なるように延び出す第2突片部を有し、
     前記第1枠体と前記第2枠体の前記弾性要素を介した結合箇所は、前記第1枠体の前記第1突片部と前記第2枠体の前記第2突片部との間の1点である、鉄道車両用台車。
  5.  請求項1~3のいずれか1項に記載の台車であって、
     前記第1横ばりは、前記第2枠体の前記側ばりの上面に重なるように延び出す第1突片部を有し、
     前記第2横ばりは、前記第1枠体の前記側ばりの上面に重なるように延び出す第2突片部を有し、
     前記第1枠体と前記第2枠体の前記弾性要素を介した結合箇所は、前記第1枠体の前記第1突片部と前記第2枠体の前記側ばりとの間、及び前記第2枠体の前記第2突片部と前記第1枠体の前記側ばりとの間の2点である、鉄道車両用台車。
  6.  請求項5に記載の台車であって、
     前記第1突片部と前記第2突片部の前後方向の形成位置が左右で異なる、鉄道車両用台車。
  7.  請求項5に記載の台車であって、
     前記第1突片部と前記第2突片部の前後方向の形成位置が左右で一致する、鉄道車両用台車。
  8.  請求項7に記載の台車であって、
     前記第1突片部の形成位置が前記第1延出部の形成位置に近接し、前記第2突片部の形成位置が前記第2延出部の形成位置に近接する、鉄道車両用台車。
  9.  請求項1~3のいずれか1項に記載の台車であって、
     前記第1横ばりは、前記第2横ばりの上面に重なるように延び出す第1突片部を有し、
     前記第2横ばりは、前記第1横ばりの上面に重なるように延び出す第2突片部を有し、
     前記第1枠体と前記第2枠体の前記弾性要素を介した結合箇所は、前記第1枠体の前記第1突片部と前記第2枠体の前記第2横ばりとの間、及び前記第2枠体の前記第2突片部と前記第1枠体の前記第1横ばりとの間の2点である、鉄道車両用台車。
  10.  請求項1~9のいずれか1項に記載の台車と車体とを備えた鉄道車両であって、
     前記台車は、ボルスタレス台車であり、前記第1枠体の前記側ばり及び前記第2枠体の前記側ばりのそれぞれに配置された左右に一対の空気ばねを備え、
     前記車体は、前記各空気ばねに結合されるとともに、前記第1枠体及び前記第2枠体のそれぞれに対し、前後方向に沿いつつ両端にゴムブッシュを有する左右に一対のリンクを介して結合される、鉄道車両。
  11.  請求項1~9のいずれか1項に記載の台車と車体とを備えた鉄道車両であって、
     前記台車は、ボルスタレス台車であり、前記第1枠体の前記側ばり及び前記第2枠体の前記側ばりのそれぞれに配置された左右に一対の空気ばねを備え、
     前記車体が前記各空気ばねに結合され、
     前記車体の下面から突出する左右に一対の軸部材が、前記第1枠体及び前記第2枠体のそれぞれの上面に設置された円筒部材に挿入され、前記各軸部材と前記円筒部材が係合する、鉄道車両。
  12.  請求項1~9のいずれか1項に記載の台車と車体とを備えた鉄道車両であって、
     前記台車は、ボルスタ付き台車であり、前記第1枠体の前記側ばり及び前記第2枠体の前記側ばりのそれぞれに配置された側受けと、前記各側受けによってスライド可能に支持されたボルスタと、前記ボルスタに配置された左右に一対の空気ばねと、を備え、
     前記車体は、前記各空気ばねに結合され、前記ボルスタは、前記第1枠体及び前記第2枠体のそれぞれに対し、前後方向に沿いつつ両端にゴムブッシュを有する左右に一対のリンクを介して結合される、鉄道車両。
  13.  請求項1~9のいずれか1項に記載の台車と車体とを備えた鉄道車両であって、
     前記台車は、ボルスタ付き台車であり、前記第1枠体の前記側ばり及び前記第2枠体の前記側ばりのそれぞれに配置された側受けと、前記各側受けによってスライド可能に支持されたボルスタと、前記ボルスタに配置された左右に一対の空気ばねと、を備え、
     前記車体は、前記各空気ばねに結合され、
     前記ボルスタは、前記第1枠体及び前記第2枠体のそれぞれに対し、前記各枠体の上面に設置された左右に一対の下心皿と、前記ボルスタの下面から突出して前記下心皿に接する上心皿とによって支持される、鉄道車両。
PCT/JP2015/003603 2014-07-31 2015-07-16 鉄道車両用台車、及びその台車を備えた鉄道車両 WO2016017103A1 (ja)

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