JPH03204302A - 鉄道車両の独立車輪 - Google Patents

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〕 本発明は鉄道車両の高速走行時の蛇行動防止、曲線通過
時のきしみ音防止、車輪やレールの摩粍防市等及び軽重
化を可能とするものである。

〔従来の技術〕

鉄道用車輪は従来から左右の車輪が車軸て結合−ヤした
一体化東輪を使用し・でいる。この車輪の踏面は内側フ
ランジ部に向けて車輪直径が大になるような形状を成し
ており、これによって曲線通過時に外側のレールに車輪
フランジが近接するので車輪直径が大きくなり、逆に内
側車輪フランジ部は内側レールから離れるので車輪直径
が小さくなり、左右車輪の直径差によって車両が曲線方
向にそって操舵される構造になっている。

しかしながら、この構造では常に車輪はレールに対して
偏ることなく走行するような復元力が働くものの、高速
走行においては不安定な発散振動現象である蛇行動が発
生し易い。

高速用台車の開発に際しては蛇行動安定性の確保と良好
な曲線通過性能の両立や軽量化の推進に苦労してきてい
る。蛇行動の安定性と曲線通過性能面からそれぞれ車両
に要求される事柄は表１ｒ、こ示すように全く逆のもの
となる。従来は設計する台車がとちらの性能をより重視
するかによって、各諸元の妥協を図ってきていて、積極
的に両性能を両立しているとは言い難い。

〔竺が解決しようとする課題〕

上述した従来の、高速用台車においては、蛇行動の安定
性、良好な曲線通過性能の確保、軽量化の推進等に苦慮
している。更に一体化車輪の場合には、走行時に車輪の
直径差に起因して車輪踏面とレール頭頂面との間に微小
なスリップが発生している。これが車輪やレールの摩耗
を促し、特に曲線部でスリップが著しい場合にはきしみ
音を発生する。

これらの問題点を解決するために独立車輪がある。この
構造は左右の車輪が車軸で結合されておらず、それぞれ
独自に回転できる構造である。このため蛇行動の発生は
なく、車輪とレールとの微小なスリップも大幅に減少す
るので、その摩耗防止にも効果があり、かつ軸距も短縮
できるので軽量化にも効果がある。しかしながらこの車
輪は一体化車輪が有する左右の車輪の直径差による復元
力がないので、車輪がどちらか一方のレール側に偏って
走る欠点があり、従来から実用上の間頚とされてきた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであ
って、左右の独立車輪踏面がレール頭頂面と接触する部
分のそれぞれの接触角の差が出来るだけ大きくなる踏面
形状とすることにより、左右車輪の重力によるそれぞれ
の復元力の差を大きくして、偏った側のフランジをレー
ルから離れる方向に移動させ、これによって走行時にど
ちらか一方のレール側への偏りを防止するものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。

第１図に示すようにレール１．上を右車輪２、左車輪３
が転走している状態を考える。これらの車輪は、右車輪
と左車輪は進行方向の回転は独立に行えるが、左右方向
の移動や垂直軸回りの回転に対しては一体として動く独
立車輪である。これらの車輪がレールに対して右によっ
た状態が第１図である。各車輪はレール頭頂面４とそれ
ぞれ点ＡＲ，ＡＬにおいて接触している。これらの接触
点ての法線力ＮＲ，ＮＬの左右方向の分力ＱＲ，ＱＬは
ＱＲ＝ＮＲαＲ勺ＰＯαＲ ＱＬ＝ＮＬ　　　αＬ幻ＰＯαＬ で与えられる。ここでαＲ５αＬは接触点での接線が水
平面となす角度である接触角であり、ＰＯは車輪に加わ
る上下方向の平均荷重である。

結局、左右一対の輪軸に働く左右方向の復元力Ｙは Ｙ＝ＱＲ−ＱＬ＝ＰＯ（αＲ−αＬ） で与えられる。このＹを重力復元力と呼ぶ。重力復元力
を大きくするには、上式よりαＲ−αＬが大きくなるよ
うに車輪踏面５の形状を定めればよい。

このような考え方に基ずいて設計した車輪踏面形状の一
実施例が第２図に示す独立車輪用踏面形状である。第３
図は在来線で一般的に使用されている基本踏面形状と呼
ばれている踏面形状である。

第４図に示すように、左右車輪の接触角差が在来基本踏
面形状てはほとんと０であるのに比べて、独立車輪踏面
形状では０．１　　ｒａｄ以上の値が得られる。

面形状は、曲線通過性能を重視した踏面形状であり、左
右車輪の半径差が大きくなるように設計されたものであ
る。左右車輪の接触角差が大きくなるように設計された
本踏面形状とは、その考え方が根本的に異なるものであ
る。

〔発明の効果〕

鉄道車両において両立が難しいとされてきた蛇行動安定
性と良好な曲線通過性能を兼ね備えた車両の開発が可能
となる。その結果高速走行時の蛇行動防止、曲線通過時
のきしみ音防止、車輪やレールの摩耗防止等を図れる。

更に蛇行動の発生しないことより、台車の前軸と後軸間
の前後距離である軸距を短くでき、台車の軽量化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は左右車輪の接触角差から重力復元力が生じるこ
との説明図である。第２図は本発明に係わる独立車輪用
踏面の一実施例を示したものである。第３図は現在在来
線車両で広く用いられている基本踏面形状である。第４
図は左右車輪接触角面形状で比較したものである。 表１ 蛇行動安定性と曲線通過性能の矛盾 １　・ ２　・ ３　・ ４　・ ５　・ ＡＲ。 ＮＲ。 ＱＲ。 ＰＲ。 Ｏ αＲ１ Φレール ・右車輪 ・左車輪 ・レール頭頂面 ・車輪踏面 ＡＬ・・レール頭頂面と車輪踏面の接触点Ｎ１、・・接
触点での法線力 ＱＬ・・法線力の左右方向分力 ＰＬ・・法線力の上下方向分力 ・・車輪に加わる上下方向の平均荷重

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 左右の車輪が独立して回転する構造である独立車輪にお
   いて、車輪が中立位置から当該車両が使用される区間の
   レールに対して左右方向に２ｍｍ以上移動したときに、
   左右それぞれの車輪踏面がレール頭頂面と接触する部分
   の接線が水平面と成す接触角の差を０．１ｒａｄ以上の
   踏面形状とし、重力による復元力を大きくすることを特
   徴とする鉄道車両の独立車輪。