JPH02212263A

JPH02212263A - 鉄道車両用台車

Info

Publication number: JPH02212263A
Application number: JP1031712A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kobayashi; 昇小林
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1990-08-23
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: CA2009759C; DE69008887D1; US5083513A; EP0382566A1; CA2009759A1; JP2788047B2; EP0382566B1; DE69008887T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は鉄道車両用台車、詳しくは軸箱支持装置に係
り、特に小曲線路を通過し易くかつ直線路高速走行時の
安定性が良好となる鉄道車両用台車に関する。

〔従来の技術］曲線路の走行速度を向上し、円滑に旋回走行できるよう
にすると共に、直線路も十分安定に走行できる台車が強
く望まれているが、曲線通過性と走行安定性は相反する
性質で両立させることは難しい。第７図は台車のばね系
の模式図を示し、第８図は走行安定性を評価するために
シミュレーション等を行う場合の第７図に基にした力学
モデルの一例である。第８図より判るように、走行安定
性に対して車軸３２の支持剛性に関するものは車軸３２
の垂直軸回りの回転剛性にφと左右剛性に１の２つであ
り、この両者の定数を最適化することにより走行安定性
が確保できる。なお、３１は車輪、３３は台車枠、Ｂは
車体を示す。これに着目して走行安定性と曲線通過性を
両立させるために従来より多くの提案がなされている。

その−例に特開昭５８１２８９５８号公報記載の鉄道車
両用台車があり、その平面図を第９図に、また、その軸
箱支持装置の詳細図を第１０図に示す。この狙いとする
ところは、車軸３２の中央に設けた揺動自在な軸受３４
を有する軸受箱３５をリンク３６．３７．３８で構成す
るリンク機構により台車枠３３に結合することにより、
車軸３２に作用する前後および左右力を該リンク機構で
台車枠３３に伝達することができることがら軸箱支持装
置の前後および左右方向の支持剛性が小さくでき、これ
により走行安定性と曲線通過性を共に確保しようとする
ものである。なお、第１０図中、３９は他の軸受、４０
は軸箱、４１は軸ばね、４２は緩衝ゴム、４３は軸ばね
座を示す。

また、曲線通過時に車軸の垂直軸回りのモーメントが増
大するのを抑えるための提案の一例として、特開昭５９
−１０６３６１号公報があり、その構造を第１１図、第
１２図に示す。両者ともその狙いとするところは、軸ば
ね４４の横剛性を充分に軟らか（しておいて、第１１図
は変位比例形のオイルダンパ４５の取付部に介装した防
振ゴム４６または取付部の適当なる剛性を軸箱支持装置
の前後方向の弾性として用いるものであり、第１２図は
摩擦ダンパ４７の摩擦板４８を防振ゴム４９で挟んで抵
抗装置を構成し、その防振ゴム４９の剪断方向の弾性力
を軸箱支持装置の前後方向の復元力として用いるもので
、その抵抗装置の設定抵抗力を超えるとオイルダンパ４
５或いは摩擦ダンパ４７が変位して車軸の垂直軸回りの
変位に対して抵抗力を抑えるものである。なお、５０は
車輪、５１は台車枠、５２は軸箱、５３は軸箱５２の前
後に遊間δを有して設けられた軸箱守りである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第８図は走行安定性等を評価するための力学モデルで第
７図のばね系の模式図を展開したものである。第７図お
よび第８図より走行安定性に主に影響を与えるものは前
述の通り、車軸の垂直軸回りの回転剛性にφと左右剛性
ＫＩであり、Ｋφ値は２ｂ２Ｋｚで表され、Ｋ２および
ｂ値で定まる。上記特開昭５８−１２８９５８号公報の
実施例をこの力学モデルを適用して判断すると、走行安
定性に関して第９図の軸受３４やリンク機構３６〜３８
とは無関係に第１Ｏ図に示す軸ばね４１の横剛性である
に２を適値に設定しないと走行安定性が確保できないこ
とがらに２をそれ程低い値にすることはできない。この
ため、特に小曲線を通過する場合のように車軸３２の垂
直軸回りの角変位量を大きく必要とする場合には車軸３
２を操舵するための垂直軸回りのモーメントは大きくな
り、このモーメントを発生させるための車輪３１とレー
ル間のクリープ力は大きなものとなり、車輪踏面とレー
ル間の滑り率が増大して両者の摩耗を早める要因となる
か、或いは必要な垂直軸回りの角変位量に操舵できずに
車輪３１がレールに対しアタック角を持ち、横圧の増大
となったり、車輪およびレールの摩耗を促進したり、キ
シミ音の発生の原因となる。なお、第８図中、Ｋθ（＝
２０２に３　）は車体Ｂと台車枠３３との間に介在する
回転剛性を示す。

一方、特開昭５９−１０６３６１号公報によれば、車両
が走行中、カ行や制動により車輪には進行方向の力が作
用すると共に、片押し式の踏面ブレーキを用いると上記
に増して前後方向の力が付加される。このため第１１図
および第１２図の軸ばね４４による前後支持剛性を低く
抑えた場合には前述の前後方向力が作用すると、軸ばね
４４ではこの前後力を負担できず、抵抗装置で負担する
ため抵抗装置は変位する結果となる。

このため軸箱５２と軸箱守５３が当たるところまで車輪
５０は平行に近い状態で前後方向に変位するため、所期
の前後方向の緩衝機能を失うと共に、曲線に進入し車軸
が垂直軸回りに角変位する場合、一方の軸箱５２側は殆
ど移動できないことから車軸の垂直軸回りの角変位運動
に対して悪影響を及ぼすきらいがあった。更に、軸ばね
４４の横剛性を上記前後方向荷重に対応できる程度の定
数に選定した場合、小曲線通過時にはその剛性により車
軸の垂直軸回りのモーメントが増大して、特開昭５８−
１２８９５８号公報の問題点とほぼ同じとなる。また、
この抵抗装置は積空による荷重差の大きい車両では荷重
の大きな状態を想定して抵抗力の設定を行う必要がある
ことから、空車時においては必要以上な車軸の垂直軸回
り抵抗モーメントを発生しながら走行することになり好
ましくない。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は以上のような従来技術の課題を解決するため
になされたもので、その要旨とするところは、前後の車
軸の中央部に嵌合した軸受手段を設け、該軸受手段の中
心付近が仮想回転中心となるようハの字型に配置したリ
ンクの一端を該軸受手段に連結し、該リンクの他端を台
車枠に連結するとともに、軸箱支持装置の軸箱と軸ばね
部との間に抵抗装置を設け、該抵抗装置を介して該軸箱
と軸ばね部間で左右方向および主に仮想回転中心回りの
回転により生じる前後方向の摺動が可能なように構成し
たことを特徴とする鉄道車両用台車である。

（作用）上記本発明の構成において、車軸は車軸の中央部に設け
た軸受手段の中心付近が仮想回転中心となるようへの字
型に配置したリンクの一端と結び、リンクの他端を台車
枠に連結していることから車軸に垂直軸回りのモーメン
トが発生すると該仮想回転中心を中心の垂直軸回りに回
転することが可能である。

また、軸箱支持装置としては軸箱と軸ばねとの間で抵抗
装置を介して左右方向及び主に仮想回転中心回りの回転
により生じる前後方向の摺動により相対変位を可能とし
ている。

上記の組み合わせにより車両が曲線を通過しようとする
時、車輪の踏面勾配の作用等により車軸の垂直軸回りの
モーメントが生じ、その値が設定値以上になると、軸箱
支持装置の軸箱と軸ばね部の間で摺動し、車軸は台車枠
に対し垂直軸回りに相対変位する。また、この時、抵抗
装置で生起する抵抗力は、主に摺動抵抗によるもので、
摩擦係数に支配されることから回転角が増加しても軸箱
にかかる荷重が変わらない限りほぼ一定である。更に、
抵抗装置を軸箱支持装置の軸箱と軸ばね部との間に設け
て抵抗力を発生させるに際して軸箱に作用する上下方向
荷重を利用するようにしたから、抵抗力は軸箱に作用す
る荷重にほぼ比例する特性を有する。

なお、仮想回転中心と車軸中心を一致すれば直線での安
定限界速度および曲線の通過性能を共に向上することが
できるが、車軸の仮想回転中心は必ずしも車軸の中心線
と厳密に一致する必要はなく、仮想回転中心を台車中心
寄りに設定すると、直線での安定限界速度は低下するが
曲線での通過性能を向上することができる。

一方、仮想回転中心を台車端部寄りに設定すると、曲線
での通過性能を若干抑えることになるが、直線での安定
限界速度を向上することができる。

このように仮想回転中心は台車に付帯させる性能特性に
応じて随時選択することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明に係る鉄道車両用台車の一実施例を示す
平面図、第２図は同側面図、第３図は第１図のＡ−Ａ矢
視断面図、第４図は第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図
は第３図および第４図のＣ−Ｃ矢視断面図、第６図は第
２図の軸箱支持装置の詳細図である。

第１図および第６図において、１は車軸２に取り付けた
車輪で、その外側すなわち車軸２の端部は軸受３を介し
て軸箱４が設けられている、該軸箱４はスリ板８、板ば
ね９、軸ばね受１５、軸ばね１０、及び軸ばね受１６を
介して側梁６を支持している。なお、両側の側梁６は横
梁７によって結合し、台車枠５を形成している。第２図
において空気ばね受２１は台車枠５の一部として形成し
、空気ばね２０を介して車体２５を支持している。２２
は台車枠５と車体２５間の推力伝達装置である。

一方、第１図に示すように、前後の車軸２の中央部に回
転自在な軸受１１を介して軸受箱１２が設けられている
。そして、該軸受箱１２と台車枠横梁７とを連結するリ
ンク１３．１４がハの字型に配置され、両リンクの延長
線上が該車軸２の中央の点（軸線上）０で交わるように
リンク機構を構成している。このリンク１３の構造は、
第３図に示すように、該車軸２に設けた軸受箱１２のほ
ぼ上下端位置から張り出した上下一対のアーム１２ａに
対し、上下方向ピン１７により枢着され、他端は横方向
ピン１９を介して台車枠横梁７に突設された左右一対の
アーム７ａに枢着されている。他方、リンク１４の構造
は、第４図に示すように、リンク１３の構造とほぼ同一
であるが、リンク１４と軸受箱１２を結合しているピン
１８部の構造が異なっており、リンク１３は、軸受箱１
２の車軸の軸を中心とする回転に対して抑制機能を有す
るが、リンク１４はそのような機能は持たない。すなわ
ち、リンク１４はその一端が軸受箱１２の上半部付近か
ら張り出した上下一対のアーム１２ｂに上下方向ピン１
８により枢着され、他端は横方向ピン１９を介して台車
枠横梁７に突設された左右一対のアーム７ｂに枢着され
ている。ピン１８は遊間を持ったピンまたは球面軸受で
ある。

ピン１９部の構造を第５図に示す。緩衝材２３は外筒２
３ａ、内筒２３ｃ、緩衝部材２３ｂよりなり加硫接着等
で一体に製作される。外筒２３ａはリンク１３または１
４に圧入され、内筒２３ｃはピン１９によってアーム７
ａに枢着されている。この緩衝材２３の特性は、ピン１
９の軸回りの回転については主に緩衝材２３ｂがねじり
として作用するため軟らかいばね定数を呈し、また、ピ
ン１９の軸の放射（軸直角）方向には緩衝材２３ｂが圧
縮、引張方向に作用するため硬いばね定数を呈する。さ
らに、紙面に直角な軸まわりの回転方向剛性は主に寸法
し、Ｄ、ｔおよび材料の弾性係数によって決まり、Ｌを
長くすると回転方向剛性が高くなる性質を有する。車軸
の仮想回転中心と車軸中心が一致していない場合には、
車軸の横移動量を抑制するため緩衝材２３の回転剛性は
高く設定し、仮想回転中心と車軸中心が一致する場合に
は、リンク１３及びリンク１４の相互作用のみによって
車軸の横移動量が抑制されることから緩衝材２３は部材
の単体時の回転方向剛性よりむしろ１つの車軸光たり２
つの緩衝材２３を含む系で構成される機構の回転方向剛
性として考えられるため、その要因である軸直角のばね
定数で設定される。

このように設定した特性を持つ緩衝材２３をピン１９部
に設けることにより、第１図の車軸２は上下およびロー
リングの変位を許すと共に、左右方向にも若干の変位を
許すものである。

かくして、上記リンク機構により該車軸２はリンク１３
．１４の延長線上の交点付近（点Ｏ）を仮想回転中心と
して垂直軸回りに回転し得る状態で台車枠５と車軸２間
の前後および左右方向の作用力が伝達されるようになっ
ている。

次に、軸箱支持装置の構造を第６図に基づき説明する。

軸箱４は車軸２の両端に軸受３を介して回転自由に取り
付けられ、軸箱４の上面４ａは摺動可能な平面状構造に
形成されている。

軸ばね１０は板ばね９と側梁６の間に軸ばね受１５．１
６を介して配装されている。この板ばね９の他端は側梁
６のブラケット６ａに固着されている。そして、板ばね
９の下部には抵抗装置を構成するスリ板８が挟装され、
該軸箱４の上面４ａに該スリ板８が摺動可能な構造で載
置されている。

上記構造により、該車軸２の左右方向および主に仮想回
転中心回りの回転により生じる前後方向の側梁６に対す
る動きは、軸ばね１０が前後、左右方向にほぼ変位する
ことなく、スリ板８と軸箱４の上面４ａ間が摺動して起
こる。板ばね９は軸ばね受１５の下部を把持しており、
軸ばね１０の上下変位に対しては板ばね９の弾性で追従
するようになっている。

上記のような構成において、車軸２の前後、左右方向の
作用力のほどんどは軸箱支持装置を介さずにリンク機構
により台車枠５に伝達され、車軸２は台車枠５に対しリ
ンク１３．１４で構６成する仮想回転中心で回転するた
め、曲線軌道を走行する場合二車輪１の踏面勾配による
セルフステアリング作用によって車軸２は台車枠５に対
して垂直軸回りの回転角を取り得る。

また、車軸２の垂直軸回り抵抗力は、抵抗装置を構成し
ている軸ばね支持装置のスリ板８と軸箱４の上面４ａの
間に生起する摺動抵抗が主であるため、直線路において
は軸箱支持装置におけるスリ板８と軸箱４の上面４ａの
抵抗力により走行安定性を確保することができると共に
、小曲線通過においては上記セルフステアリング作用に
よってスリ板８と軸箱４が摺動して充分な車軸の垂直軸
回りの角度を取り得る。従って、レールに対するアタッ
ク角が減少し、車輪１の横圧を減少でき、また、車輪１
のキシミ音を低減することができる。

また、走行安定性を確保するため荷重の変動に対応して
抵抗力を加減する必要がなく、抵抗装置の持つ性質によ
って生起する抵抗力がほぼ軸受負担荷重に比例するとい
う特徴がある。この作用により、抵抗力を空車状態にお
いて必要最小限とすることが可能である。これにより、
車輪ｌおよびレールの摩耗を減少させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来のものに比
べ更に曲線通過性能が向上して小半径の曲線においても
曲線高速走行時の安定性が向上でき、併せて、車輪にか
かる横圧を低減でへ、また、車輪とレールとの接触に伴
うキシミ音等の騒音も低減でき、車輪およびレールの摩
耗を低減できる。

更に、車軸の垂直軸回りの回転の抵抗力は乗客の増加に
伴って増加することから直線路での高速安定性も確保で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鉄道車両用台車の一実施例を示す
平面図、第２図は同側面図、第３図は第１図のＡ−Ａ矢
視断面図、第４図は第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図
は第３図および第４図のＣ−Ｃ矢視断面図、第６図は第
２図の軸箱支持装置の詳細図である。第７図は台車のばね系を示す模式図、第８図は第７図を
基にした力学モデルであり、第９図〜第１２図は従来の
台車の要部構造図である。 ■・・・車輪、２・・・車軸、３・・・軸受、４・・・
軸箱、５・・・台車枠、６・・・側梁、７・・・横梁、
８・・・スリ板、９・・・板ばね、１０・・・軸ばね、
１１・・・軸受、１２・・・軸受箱、１３．１４・・・
リンク、１５．１６・・・軸ばね受、１７．１８．１９
・・・ピン。第１１図１．１第１２図第６図第５目第３図第４図第９図第１０　Ｌｌ第図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）前後の車軸の中央部に嵌合した軸受手段を設け、
該軸受手段の中心付近が仮想回転中心となるようハの字
型に配置したリンクの一端を該軸受手段に連結し、該リ
ンクの他端を台車枠に連結するとともに、軸箱支持装置
の軸箱と軸ばね部との間に抵抗装置を設け、該抵抗装置
を介して該軸箱と軸ばね部間で左右方向および主に仮想
回転中心回りの回転により生じる前後方向の摺動が可能
なように構成したことを特徴とする鉄道車両用台車。
（２）軸受手段の中心を仮想回転中心としたことを特徴
とする請求項１記載の鉄道車両用台車。
（３）仮想回転中心が軸受手段の中心より台車中心寄り
にくるようにしたことを特徴とする請求項１記載の鉄道
車両用台車。
（４）仮想回転中心が軸受手段の中心より台車端部寄り
にくるようにしたことを特徴とする請求項１記載の鉄道
車両用台車。