WO2017029721A1 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

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WO2017029721A1
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plate
spring cradle
rail
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治彦 七澤
龍一 中野
一雄 亀川
隆夫 渡邊
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株式会社日立製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL 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
    • B61F5/00—Constructional 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
    • B61F5/50—Other details
    • B61F5/52—Bogie frames

Definitions

  • the present invention relates to a railway vehicle carriage provided with secondary spring supports at both ends in the direction of sleepers of a cross beam constituting the inner frame carriage frame.
  • the railcar bogie is composed of a bogie frame, a wheel shaft, a shaft box support device and the like.
  • the bogie frame is mainly composed of two side beams spaced along the rail direction, and a horizontal beam arranged along the sleeper direction and connecting the central portion of the side beams in the rail direction.
  • the wheel axle is configured to fasten two wheels with an axle
  • the axle box support device is mounted on the axle box and the axle box that rotatably supports the wheel axle on the carriage frame. It is comprised by the primary spring etc. which elastically support.
  • a bogie frame in which the length of the horizontal beam and the axle in the sleeper direction is shortened and the two side beams are arranged closer to the center of the cross beam in the horizontal beam than the pair of wheels. is there.
  • This bogie frame is called an inner frame bogie frame (see Patent Document 1).
  • the inner frame bogie frame includes a pair of left and right secondary springs (air springs or coil springs) that are placed at the center in the rail direction and elastically support the vehicle body.
  • left and right secondary springs air springs or coil springs
  • the interval between the primary springs in the sleeper direction tends to be small.
  • the inner frame bogie frame in which the secondary springs are placed at a large interval in the sleeper direction is from the central portion in the longitudinal direction of the side beam forming the bogie frame to the outside in the sleeper direction (the center in the sleeper direction).
  • the secondary spring cradle of the inner frame bogie frame has a cantilever structure, there is a tendency that high stress is generated at the joint between the side beam and the lateral beam, which are the base of the secondary spring cradle, and the mass of the bogie is increased. There is a problem to be solved in terms of obtaining high strength without any problems.
  • An object of the present invention is to provide an inner frame type railcar bogie that can promote weight reduction and reduce stress at a connection portion between a side beam and a side beam constituting a secondary spring cradle.
  • two side beams spaced along the rail direction two side beams spaced along the sleeper direction, and a secondary that supports the vehicle body
  • the secondary spring pedestal includes an end portion of a horizontal beam in a sleeper direction, a central portion of a side beam in a rail direction, and an upper portion of the end portion.
  • a box comprising an upper plate that connects the upper part of the central part, a lower plate that connects the lower part of the end part and the lower part of the central part, and a side plate that connects the end parts of the upper plate and the lower board in the sleeper direction.
  • the lower plate has a lightweight hole for the purpose of balancing the rigidity.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of a secondary spring cradle A in FIG. 2.
  • FIG. 3 is an enlarged bottom view of the secondary spring cradle A of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 3. It is BB sectional drawing of the secondary spring cradle A in other embodiment.
  • each direction provided for the following description is a rail (longitudinal) direction 100, a sleeper (width) direction 110, and a height direction 120, and is simply described as a rail direction 100, a sleeper direction 110, and a height direction 120. To do.
  • FIG. 1 is a plan view of the railcar bogie in the present embodiment.
  • a railcar bogie (hereinafter, bogie) 1 includes a bogie frame 5, a wheel shaft that includes two wheels 240 at both ends in the sleeper direction 110 of an axle 230, and a shaft that holds the wheel shaft on the bogie frame 5 in a rotatable manner. It is comprised from the box support apparatus (illustration omitted) and the brake device 56 which makes the wheel 240 produce a braking force.
  • the carriage frame 5 is composed of two side beams 10 spaced along the rail direction and two horizontally placed horizontal beams 20 connecting the central portions of the two side beams 10 in the rail direction 100. Is done.
  • the railcar bogie 1 in this embodiment is an inner frame bogie provided with wheels 240 on the outer side of the sleeper direction 110 of the side beam 10 (in the direction away from the center part of the cross beam direction of the cross beam 20).
  • the vehicle body is elastically supported via a secondary spring 210 (usually an air spring or a coil spring) placed on the upper surface of the carriage frame 5 of the railway vehicle carriage 1.
  • a lower surface (not shown) of the frame that forms the floor surface of the vehicle body is provided with a center pin 250 whose tip portion hangs downward, and the tip portion of the center pin 250 is the side beam 10 that forms the carriage frame 5.
  • the railway vehicle carriage 1 turns in a horizontal plane around the vertical axis of the center pin 250.
  • FIG. 2 is a plan view of the bogie frame 5 of the bogie 1 for railway vehicles.
  • the bogie frame 5 includes two side beams 10 spaced along the rail direction 100, two cross beams 20 that penetrate the central portion of the side beam 10 in the rail direction 100, and sleepers of the two cross beams 20.
  • a secondary spring cradle A is provided at both ends in the direction 110 and on which the secondary spring 210 is placed.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of the secondary spring cradle A in FIG. 2
  • FIG. 4 is an enlarged bottom view of the secondary spring cradle A in FIG. 5 is a vertical sectional view (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3) along the sleeper direction of the secondary spring cradle A in FIG. 2, and
  • FIG. 6 is a rail of the secondary spring cradle A in FIG.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view (CC sectional view of FIG. 3) along the direction.
  • the secondary spring cradle A includes end portions of the two cross beams 20 in the sleeper direction 110, a center portion of the side beams 10 in the rail direction 100 (between the two cross beams 20), and an upper portion of the end portions of the cross beams 20. And an upper plate 50a connected to the upper portion of the central portion of the side beam 10, a lower plate 50e connected to a lower portion of the end portion of the lateral beam 20 and a lower portion of the central portion of the side beam 10, and an upper plate 50a and a lower plate 50e.
  • Brake devices 56 are provided at both ends of the cross beam 20 constituting the secondary spring cradle A.
  • the lower plate 50e has a lightweight hole 80 as shown in FIG.
  • the reinforcing plate 51b is provided substantially parallel to the side plate 51a along the rail direction, and both end portions in the rail direction are welded to the side surfaces of the horizontal beams 20, the upper plate 50a, and the lower plate 50e.
  • the brake device 56 is provided in a range that intersects a surface 51bP (see FIG. 3) virtually extending the reinforcing plate 51b.
  • a mounting seat 52 is mounted on the upper surface of the upper plate 50, and the secondary spring 210 is provided in the mounting seat 52.
  • the mass of the vehicle body of the railway vehicle is supported by the secondary spring 210 provided in the railcar bogie 1, and the downward load (the mass of the vehicle body) received by the secondary spring 210 is the bogie frame.
  • 5 is a moment load that acts in the direction of pushing down the secondary spring cradle A provided in 5. This moment load is supported by the two horizontal beams 20, the upper plate 50a, and the lower plate 50e constituting the secondary spring cradle A of the box through the mounting seat 52.
  • the lower plate 50e of the secondary spring cradle A has the lightweight hole 80, so that the secondary spring cradle A does not have excessively high rigidity so that the secondary spring cradle A and the side beams 10 are not in contact with each other. Prevent sudden changes in stiffness at the contact.
  • the rigidity of the secondary spring cradle A can be adjusted by the plate thickness of the lower plate 50b and the number and shape of the lightweight holes 80.
  • the contact portion (E portion in FIG. 5) of the upper plate 50a and the side beam 10 and the lower It is possible to prevent stress from concentrating on the contact portion (F portion in FIG. 5) between the plate 50e and the side beam 10, and to prevent high stress from being generated. Moreover, since generation
  • the brake device 56 is provided on the cross beam 20 so as to be included in the extended surface 51bP of the reinforcing plate 51b constituting the secondary spring cradle A. Therefore, even when the brake device 56 grips the wheel 240 and a moment load is applied to the brake device 56 around the axis along the sleeper direction 110 of the cross beam 20, the one cross beam 20 and the other cross beam 20 are In addition to being connected by the reinforcing plate 51b, the upper end edge of the reinforcing plate 51b is connected to the first upper plate 50a, and the lower end edge of the reinforcing plate 51b is connected to the lower plate 50e. Even if a load acts, it can suppress that a high stress generate
  • the upper plate 50a of the secondary spring cradle A may be divided into a first upper plate 50a and a second upper plate 50b arranged along the sleeper direction. If it is this shape, when welding the assembly D (refer FIG. 7) which consists of the lower board 50e, the 1st upper board 50a, the side board 51a, and the reinforcement board 51b to the cross beam 20 and the side beam 10, the lower board 50e and side Since the contact portion of the beam 10 can also be welded (welded portion 90b) from the upper side in the height direction 120, the strength of the joint between the lower surface of the secondary spring cradle A and the side beam 10 can be increased. it can.
  • the inside of the secondary spring cradle A (the welded portion 90a in FIG. 5 and the welded portion 90c in FIG. 6) can be welded by the welding torch inserted from the lightweight hole 80 in the lower plate 50e. For this reason, since the cart body frame 5 can be provided with the box-shaped secondary spring cradle A having higher strength, weight reduction can be promoted without providing a reinforcing material.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

【課題】軽量化を促進するとともに２次ばね受台を構成する側梁と横梁との接続部における応力を低減させ得るインナーフレーム式の鉄道車両用台車を提供する。 【解決手段】レール方向に沿って隔置される２本の側梁と、枕木方向に沿って隔置される２本の横梁と、車体を支持する２次ばねを載置する２次ばね受台とを備える鉄道車両用台車において、２次ばね受台は、横梁の枕木方向の端部と、側梁のレール方向の中央部と、端部の上部と中央部の上部とを接続する上板と、端部の下部と中央部の下部とを接続する下板と、上板および下板の枕木方向の端部を接続する側板とからなる箱体で、下板に軽量孔を有することを特徴とする。

Description

鉄道車両用台車
　本発明は、インナーフレーム台車枠を構成する横梁の枕木方向の両端部に、２次ばね受台を備える鉄道車両用台車に関する。
　鉄道車両用台車は、台車枠、輪軸および軸箱支持装置等から構成される。台車枠は、主に、レール方向に沿って隔置される２本の側梁と、枕木方向に沿って配置されるとともに側梁のレール方向の中央部を接続する横梁とから構成される。輪軸は２枚の車輪を車軸で締結するように構成され、軸箱支持装置は、この輪軸を台車枠に回動可能に支持する軸箱と、軸箱上に載置されるとともに軸箱を弾性支持する１次ばね等により構成される。
　その中で台車の質量を低減するために、横梁および輪軸の枕木方向の長さを短くして、２本の側梁を一対の車輪よりも横梁の枕木方向の中央寄りに配置した台車枠がある。この台車枠は、インナーフレーム台車枠と呼ばれる（特許文献１参照）。
特開２０１０－１４９８０８号公報
　インナーフレーム台車枠は、レール方向の中央部に載置されて車体を弾性支持する左右一対の２次ばね（空気ばね又はコイルばね）を備える。車体の長手方向の軸周りに車体が揺動するローリング振動を抑制するためには、１次ばね、および、２次ばねの枕木方向の間隔はできるだけ大きくして配設することが望ましい。
　しかしながら、軸箱が車輪よりも枕木方向の中央寄りに配置されるインナーフレーム台車枠では、その１次ばねの枕木方向の間隔が小さくなりやすい。上述したローリング振動を抑制するため、２次ばねを枕木方向に大きな間隔で載置するインナーフレーム台車枠は、台車枠をなす側梁の長手方向の中央部から枕木方向の外側（枕木方向の中央部から離れる方向）に側梁を貫通した横梁が突出する片持ち構造の２次ばね受台を備える。
　インナーフレーム台車枠の２次ばね受台は、片持ち構造であるため２次ばね受台の根元である側梁と横梁との接合部に高い応力が生じる傾向があり、台車の質量を大きくすることなく高い強度を得る点において解決すべき課題がある。
　本発明の目的は、軽量化を促進するとともに２次ばね受台を構成する側梁と横梁との接続部における応力を低減させ得るインナーフレーム式の鉄道車両用台車を提供することである。
　かかる課題を解決するために、本発明においては、レール方向に沿って隔置される２本の側梁と、枕木方向に沿って隔置される２本の横梁と、車体を支持する２次ばねを載置する２次ばね受台とを備える鉄道車両用台車において、２次ばね受台は、横梁の枕木方向の端部と、側梁のレール方向の中央部と、端部の上部と中央部の上部とを接続する上板と、端部の下部と中央部の下部とを接続する下板と、上板および下板の枕木方向の端部を接続する側板とからなる箱体で、下板に剛性のバランスを目的とした軽量孔を有することを特徴とする。
　本発明によれば、軽量化を促進するとともに２次ばね受台を構成する側梁と横梁との接続部における応力を低減させることができる。
本実施の形態における鉄道車両用台車の平面図である。 鉄道車両用台車の台車枠の平面図である。 図２の２次ばね受台Ａの拡大平面図である。 図２の２次ばね受台Ａの拡大下面図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 図３のＣ－Ｃ断面図である。 他の実施の形態における２次ばね受台ＡのＢ－Ｂ断面図である。
　以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。なお以下の説明に供される各方向は、レール（長手）方向１００と、枕木（幅）方向１１０と、高さ方向１２０であり、単にレール方向１００、枕木方向１１０、高さ方向１２０と記述する。
（１）鉄道車両用台車の構成
　図１は、本実施の形態における鉄道車両用台車の平面図である。鉄道車両用台車（以下、台車）１は、台車枠５と、２枚の車輪２４０を車軸２３０の枕木方向１１０の両端部に備える輪軸と、輪軸を回動可能に台車枠５に保持する軸箱支持装置（図示省略）と、車輪２４０にブレーキ力を生じさせるブレーキ装置５６とから構成される。
　台車枠５は、レール方向に沿って隔置される２本の側梁１０と、２本の側梁１０のレール方向１００の中央部を接続する２本の水平に置かれる横梁２０とから構成される。
　本実施の形態における鉄道車両用台車１は、車輪２４０が側梁１０の枕木方向１１０の外側（横梁２０の枕木方向の中央部から離れる方向）に備えられるインナーフレーム台車である。車体は、鉄道車両用台車１の台車枠５の上面に載置される２次ばね２１０（通常、空気ばね又はコイルばね）を介して弾性支持される。
　車体の床面をなす台枠の下面（図示省略）には、先端部が下方に垂下する中心ピン２５０が備えられており、この中心ピン２５０の先端部は、台車枠５をなす側梁１０と横梁２０からなる中央部に挿入される。車体が曲線を通過する際に、鉄道車両用台車１は中心ピン２５０の鉛直軸周りに水平面を旋回する。
（２）台車枠の構成
　図２は、鉄道車両用台車１の台車枠５の平面図である。台車枠５は、レール方向１００に沿って隔置された２本の側梁１０と、側梁１０のレール方向１００の中央部を貫通する２本の横梁２０と、２本の横梁２０の枕木方向１１０の両端部に備えられるとともに２次ばね２１０が載置される２次ばね受台Ａを有する。
　図３は、図２の２次ばね受台Ａを拡大した平面図であり、図４は、図２の２次ばね受台Ａを拡大した下面図である。また図５は、図２の２次ばね受台Ａの枕木方向に沿う垂直断面図（図３のＢ－Ｂ断面図）であり、図６は、図２の２次ばね受台Ａのレール方向に沿う垂直断面図（図３のＣ－Ｃ断面図）である。
　２次ばね受台Ａは、２本の横梁２０の枕木方向１１０の端部と、側梁１０のレール方向１００の中央部（２本の横梁２０の間）と、横梁２０の端部の上部および側梁１０の中央部の上部に接続される上板５０ａと、横梁２０の端部の下部および側梁１０の中央部の下部に接続される下板５０ｅと、上板５０ａおよび下板５０ｅの枕木方向１１０の中央部を高さ方向１２０に接続する補強板５１ｂと、上板５０ａおよび下板５０ｅの枕木方向１１０の端部を高さ方向１２０に接続する側板５１ａとからなる箱体により構成される。また２次ばね受台Ａを構成する横梁２０の両端部にはブレーキ装置５６が備えられる。
　下板５０ｅは、図４で示すように軽量孔８０を有する。なお、本実施例において補強板５１ｂは、レール方向に沿って側板５１ａに略平行に備えられるとともに、そのレール方向の両端部は各横梁２０の側面と上板５０ａと下板５０ｅとに溶接されている。ブレーキ装置５６は補強板５１ｂを仮想的に延伸した面５１ｂＰ（図３参照）と交差する範囲内に備えられる。上板５０の上面には載置座５２が載置されており、２次ばね２１０は載置座５２に備えられる。
（３）本実施の形態の効果
　鉄道車両の車体の質量は、鉄道車両用台車１に備えられる２次ばね２１０によって支持され、２次ばね２１０が受ける下向きの荷重（車体の質量）は台車枠５が備える２次ばね受台Ａを押し下げる方向に作用するモーメント荷重となる。このモーメント荷重は、載置座５２を介して箱体の２次ばね受台Ａを構成する２本の横梁２０と、上板５０ａと、下板５０ｅによって支持される。
　このモーメント荷重に伴い、２次ばね受台Ａの上面と側梁１０の接合部には枕木方向１１０に引張荷重が生じ、引張荷重は上板５０ａに負担される。また、このモーメント荷重に伴い、２次ばね受台Ａの下面と側梁１０の接合部には枕木方向１１０に圧縮荷重が生じ、圧縮荷重は下板５０ｅに負担される。さらに、２次ばね受台Ａの下板５０ｅが軽量孔８０を有することにより、２次ばね受台Ａが過度に高い剛性を持たないようにし、２次ばね受台Ａと側梁１０の当接部において剛性が急変することを防ぐ。下板５０ｂの板厚や軽量孔８０の個数および形状などによって、２次ばね受台Ａの剛性を調整できる。
　このため、２次ばね受台Ａが側梁１０から枕木方向１１０の方向に突出した片持ち構造であっても、上板５０ａと側梁１０の当接部（図５のＥ部）および下板５０ｅと側梁１０の当接部（図５のＦ部）に応力が集中することを防ぎ、高い応力が生じることを抑制することができる。また高い応力の発生を抑制することができるため、補強部材を必要とせず鉄道車両用台車１の軽量化を促進することができる。
　さらに、ブレーキ装置５６は、２次ばね受台Ａを構成する補強板５１ｂの延長面５１ｂＰ内に含まれるように横梁２０に備えられる。このため、ブレーキ装置５６が車輪２４０を把持してブレーキ装置５６に横梁２０の枕木方向１１０に沿う軸周りにモーメント荷重が作用する場合であっても、一方の横梁２０と他方の横梁２０とは、補強板５１ｂで接続されるとともに、補強板５１ｂの上端縁は第１上板５０ａに接続され、補強板５１ｂの下端縁は下板５０ｅに接続されるため、ブレーキ装置５６に起因する大きなモーメント荷重が作用する場合であっても、高い応力が発生することを抑制できる。
　さらに、図７で示すように２次ばね受台Ａの上板５０ａは、枕木方向に沿って配置される第１上板５０ａと第２上板５０ｂに分割された形状としてもよい。この形状であれば、下板５０ｅ、第１上板５０ａ、側板５１ａおよび補強板５１ｂからなる組立体Ｄ（図７参照）を横梁２０および側梁１０に溶接する際に、下板５０ｅと側梁１０の当接部を高さ方向１２０の上側からも溶接（溶接部９０ｂ）することができるため、２次ばね受台Ａの下面と側梁１０の接合部の強度をより高くすることができる。
　さらに、下板５０ｅの軽量孔８０から挿入した溶接トーチによって、２次ばね受台Ａの内部（図５の溶接部９０ａおよび図６の溶接部９０ｃ）を溶接することができる。このため、より強度の高い箱体の２次ばね受台Ａを台車枠５に備えることができるので、補強材を備えることなく軽量化を促進することができる。
１………台車
５…………台車枠
１０……側梁
２０………横梁
５０ａ…第１上板
５０ｂ…第２上板
５０ｅ…下板
５１ａ……側板
５１ｂ…補強板
５２…載置座
８０……開口部
９０………溶接ビード
２１０……２次ばね
２３０…輪軸
２４０……車輪
２５０…中心ピン
１００…レール方向
１１０……枕木方向
１２０…高さ方向
Ａ…２次ばね受台
Ｄ…………組立体

Claims (4)

  1. 　レール方向に沿って隔置される２本の側梁と、
    　枕木方向に沿って隔置される２本の横梁と、
    　車体を支持する２次ばねを載置する２次ばね受台と
    　を備える鉄道車両用台車において、
    　前記２次ばね受台は、
    　前記横梁の枕木方向の端部と、
    　前記側梁のレール方向の中央部と、
    　前記端部の上部と前記中央部の上部とを接続する上板と、
    　前記端部の下部と前記中央部の下部とを接続する下板と、
    　前記上板および前記下板の枕木方向の端部を接続する側板と
    　からなる箱体であり、
    　前記下板は前記２次ばね受台の剛性を調整する軽量孔を有する
    　ことを特徴とする鉄道車両用台車。
  2. 　前記２次ばね受台は、
    　前記側板にほぼ平行に備えられるとともに前記上板と前記下板と前記横梁とに接続される補強板を備える
    　ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。
  3. 　前記上板は、
    　枕木方向に沿って配置される第１上板および第２上板からなる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。
  4. 　前記横梁の枕木方向の端部にブレーキ装置を備え、
    　前記ブレーキ装置は、前記補強板の延長面と交差する位置の前記横梁に備えられる
    　ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用台車。
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