JPH07172315A - サイドフレーム及びこれを使用した鉄道車両台車 - Google Patents
サイドフレーム及びこれを使用した鉄道車両台車Info
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- JPH07172315A JPH07172315A JP6239191A JP23919194A JPH07172315A JP H07172315 A JPH07172315 A JP H07172315A JP 6239191 A JP6239191 A JP 6239191A JP 23919194 A JP23919194 A JP 23919194A JP H07172315 A JPH07172315 A JP H07172315A
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Classifications
-
- 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
- B61F11/00—Rail vehicles characterised by rail-engaging elements other than wheels, e.g. balls
-
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- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Emergency Lowering Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 鉄道車両台車用サイドフレームを軽量化す
る。 【構成】 鉄道車両台車１０で、サイドフレーム２０、
２４の重量を軽減する手段として中実の一体構造の断面
Ｉ−ビーム形状に形成する。Ｉ−ビームの中実の上部フ
ランジは典型的な底部圧縮部材に対応する。上部３０及
び底部フランジ４０を連結する中実の垂直ウェブ５０は
代表的で、このウェブは上部又は底部部材で吸収される
べき力を吸収する。この特徴のためサイドフレームは軽
量となり、しかも上部及び底部部材は寸法的に小型に鋳
造できるから構造的に強固になる。重量軽減を更に利用
するため、Ｉ−ビーム形状は中央部から端部に向けて厚
さが構造的に傾斜し、この傾斜はサイドフレームが受け
る荷重に対応する。この開放したＩ−ビーム外観のため
信頼性の高い検査が可能で、鋳造用中子の使用個数が減
少するため鋳造物の品質が向上する。
る。 【構成】 鉄道車両台車１０で、サイドフレーム２０、
２４の重量を軽減する手段として中実の一体構造の断面
Ｉ−ビーム形状に形成する。Ｉ−ビームの中実の上部フ
ランジは典型的な底部圧縮部材に対応する。上部３０及
び底部フランジ４０を連結する中実の垂直ウェブ５０は
代表的で、このウェブは上部又は底部部材で吸収される
べき力を吸収する。この特徴のためサイドフレームは軽
量となり、しかも上部及び底部部材は寸法的に小型に鋳
造できるから構造的に強固になる。重量軽減を更に利用
するため、Ｉ−ビーム形状は中央部から端部に向けて厚
さが構造的に傾斜し、この傾斜はサイドフレームが受け
る荷重に対応する。この開放したＩ−ビーム外観のため
信頼性の高い検査が可能で、鋳造用中子の使用個数が減
少するため鋳造物の品質が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、改良された鉄道車両
（レールカー）の台車、特に一対のサイドフレームとボ
ルスタによって構成される３部品貨車台車の軽量側ば
り、即ちサイドフレームに関連する。
（レールカー）の台車、特に一対のサイドフレームとボ
ルスタによって構成される３部品貨車台車の軽量側ば
り、即ちサイドフレームに関連する。
【０００２】
【従来の技術】アメリカ合衆国において多用されている
貨車構造は、３部品台車として知られている。３部品台
車は車輪付構造体で軌道上に配置され、通常２台の台車
が各鉄道車両の車体の前後に使用される。用語「３部
品」は、車輪とレールに平行に配置された２個のサイド
フレームと、サイドフレーム間を横断して配置される１
個のボルスタを有する台車を意味する。鉄道車両の重量
は、通常、ボルスタの中央に連結されたセンタープレー
トで支持される。
貨車構造は、３部品台車として知られている。３部品台
車は車輪付構造体で軌道上に配置され、通常２台の台車
が各鉄道車両の車体の前後に使用される。用語「３部
品」は、車輪とレールに平行に配置された２個のサイド
フレームと、サイドフレーム間を横断して配置される１
個のボルスタを有する台車を意味する。鉄道車両の重量
は、通常、ボルスタの中央に連結されたセンタープレー
トで支持される。
【０００３】各鋳鋼製サイドフレームは通常、単一の鋳
造品で、両端に、受台あご、即ちペデスタルジョーを有
する細長い、上部圧縮部材に連結された細長い底部引張
部材を有する。ペデスタルジョーは、一定間隔離れたサ
イドフレーム間を横断して伸びる車輪軸受を支持する。
通常、縦方向に離れた一対の内部支柱が上部部材及び底
部部材を垂直に連結し、台車ボルスタを収容するボルス
タ開口部を形成する。ボルスタは通常、単一の鋳鋼部品
として構成され、ボルスタの両端部はサイドフレームの
ボルスタ開口部内に伸びる。ボルスタの両端部は、底部
引張部材から突出する水平延長板上に配置されたばね群
によって支持される。
造品で、両端に、受台あご、即ちペデスタルジョーを有
する細長い、上部圧縮部材に連結された細長い底部引張
部材を有する。ペデスタルジョーは、一定間隔離れたサ
イドフレーム間を横断して伸びる車輪軸受を支持する。
通常、縦方向に離れた一対の内部支柱が上部部材及び底
部部材を垂直に連結し、台車ボルスタを収容するボルス
タ開口部を形成する。ボルスタは通常、単一の鋳鋼部品
として構成され、ボルスタの両端部はサイドフレームの
ボルスタ開口部内に伸びる。ボルスタの両端部は、底部
引張部材から突出する水平延長板上に配置されたばね群
によって支持される。
【０００４】鉄道車両台車は苛酷な環境、即ち静的負荷
が増幅される環境で作動されかつ車両及び車両の最大積
載荷重並びに車両自身の重量を支持しなければならない
ため、構造的に強固に製造される。台車自身は、レール
に加えられる全自重の大部分を占める重量を有する強力
な構造部品である。通常、レールは軌条の信頼性と摩耗
条件に関連する鉄道によって規制され、荷主が鉄道車両
に信頼を置く製品の最大品質は、車体の重量及び台車に
よって影響を受ける。従って、台車構成部品の重量軽減
は車両の支持性能の向上に役立つ。
が増幅される環境で作動されかつ車両及び車両の最大積
載荷重並びに車両自身の重量を支持しなければならない
ため、構造的に強固に製造される。台車自身は、レール
に加えられる全自重の大部分を占める重量を有する強力
な構造部品である。通常、レールは軌条の信頼性と摩耗
条件に関連する鉄道によって規制され、荷主が鉄道車両
に信頼を置く製品の最大品質は、車体の重量及び台車に
よって影響を受ける。従って、台車構成部品の重量軽減
は車両の支持性能の向上に役立つ。
【０００５】初期の鋳鋼台車設計者は、サイドフレーム
の重量軽減ため、数種型式の断面形状を考案したが、
「開放」断面を開発することはできなかった。事実、こ
の方面の研究は成功せず、今日までアメリカ鉄道協会
（ＡＡＲ）は開放断面サイドフレームを禁止している。
３部品台車形状に現在使用されている鋳鋼サイドフレー
ムは箱型又はＣ型断面を有する。箱型又はＣ型断面のサ
イドフレームの製造には、多くの中子、即ちコアを鋳造
工程で使用しなければならない。多くのコアを使用する
と、製造コストの増大の原因となるのみならず、融解金
属を注入する通路が複雑なとなりまた注入工程が複雑に
なる欠点がある。
の重量軽減ため、数種型式の断面形状を考案したが、
「開放」断面を開発することはできなかった。事実、こ
の方面の研究は成功せず、今日までアメリカ鉄道協会
（ＡＡＲ）は開放断面サイドフレームを禁止している。
３部品台車形状に現在使用されている鋳鋼サイドフレー
ムは箱型又はＣ型断面を有する。箱型又はＣ型断面のサ
イドフレームの製造には、多くの中子、即ちコアを鋳造
工程で使用しなければならない。多くのコアを使用する
と、製造コストの増大の原因となるのみならず、融解金
属を注入する通路が複雑なとなりまた注入工程が複雑に
なる欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】その後、鋳造サイドフ
レームに代わる革命的に軽量の組立式サイドフレームが
開発された。しかし、組立式サイドフレームに溶接部を
形成するため、疲労寿命が短縮され、組立式サイドフレ
ームは、鋳造サイドフレームに比べて動作寿命が短いこ
とが判明した。組立式サイドフレームが短い使用期間の
ため、鋳鋼サイドフレームに対する研究が継続された
が、疲労寿命を改善するために、サイドフレームの一部
の断面厚を増加することが必要となったが、これは明ら
かに否定的要因である。
レームに代わる革命的に軽量の組立式サイドフレームが
開発された。しかし、組立式サイドフレームに溶接部を
形成するため、疲労寿命が短縮され、組立式サイドフレ
ームは、鋳造サイドフレームに比べて動作寿命が短いこ
とが判明した。組立式サイドフレームが短い使用期間の
ため、鋳鋼サイドフレームに対する研究が継続された
が、疲労寿命を改善するために、サイドフレームの一部
の断面厚を増加することが必要となったが、これは明ら
かに否定的要因である。
【０００７】軽量でしかも強固なサイドフレームの開発
を妨害する別の問題は、鋳鋼サイドフレームの構造的開
発は費用がかかり、最近のコンピュータの発達以前には
高価な鋳造物（パターン）の製造及び試験サンプル注入
後に初めてサイドフレーム上の荷重通路を評価できたか
らである。通常、上記の製造工程は１個の試験用の部品
を作る前に数個のサンプルを鋳造する必要がある。サイ
ドフレームの構造的完全性を予測する荷重試験は費用が
かかり、証明を目的として鉄道協会（ＡＡＲ）で公式に
承認された機械は僅かしか存在せず、その一つはイリノ
イ州のグラナイトシテイにあるエーエスエフ（ＡＳＦ）
研究所製のものである。しかも全種類の開発段階の終了
後、鉄道協会（ＡＡＲ）は設計変更を承認しなければな
らない。この方法は複雑な設計変更に対して数ケ月又は
数年を要する。従って、貨車台車の設計分野では、鉄道
工業での改良が緩慢であることは驚くには当らない。こ
れらの障害にも拘らず、新規な分析工具及びコストを低
下する純粋な要求が切実に存在する。
を妨害する別の問題は、鋳鋼サイドフレームの構造的開
発は費用がかかり、最近のコンピュータの発達以前には
高価な鋳造物（パターン）の製造及び試験サンプル注入
後に初めてサイドフレーム上の荷重通路を評価できたか
らである。通常、上記の製造工程は１個の試験用の部品
を作る前に数個のサンプルを鋳造する必要がある。サイ
ドフレームの構造的完全性を予測する荷重試験は費用が
かかり、証明を目的として鉄道協会（ＡＡＲ）で公式に
承認された機械は僅かしか存在せず、その一つはイリノ
イ州のグラナイトシテイにあるエーエスエフ（ＡＳＦ）
研究所製のものである。しかも全種類の開発段階の終了
後、鉄道協会（ＡＡＲ）は設計変更を承認しなければな
らない。この方法は複雑な設計変更に対して数ケ月又は
数年を要する。従って、貨車台車の設計分野では、鉄道
工業での改良が緩慢であることは驚くには当らない。こ
れらの障害にも拘らず、新規な分析工具及びコストを低
下する純粋な要求が切実に存在する。
【０００８】しかし、コンピュータ技術の長足の進歩に
伴う優れた工業的分析により、設計者は技術開発に挑戦
することが可能になり、従来のものより軽量でかつ実際
に強固な車両部材の設計が可能となった。最新の車両技
術によれば車両の輸送性能の最大化に向けて注意を集中
すると共に、鉄道車両の構成要素で重量を軽減すること
によりエネルギ消費を節約することができる。
伴う優れた工業的分析により、設計者は技術開発に挑戦
することが可能になり、従来のものより軽量でかつ実際
に強固な車両部材の設計が可能となった。最新の車両技
術によれば車両の輸送性能の最大化に向けて注意を集中
すると共に、鉄道車両の構成要素で重量を軽減すること
によりエネルギ消費を節約することができる。
【０００９】従って、本発明の目的は、材料を効果的に
利用して鋳造により重量を軽減し、強度対重量比の増加
を実現できる鉄道車両台車サイドフレームを提供するこ
とにある。
利用して鋳造により重量を軽減し、強度対重量比の増加
を実現できる鉄道車両台車サイドフレームを提供するこ
とにある。
【００１０】本発明の他の一目的は、重量を軽減すると
共に、重要区域への応力集中を回避できる鉄道車両台車
用サイドフレームを提供することにある。
共に、重要区域への応力集中を回避できる鉄道車両台車
用サイドフレームを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による鉄道車両台
車用軽量鋳造サイドフレームは、下向きに突出する受台
あごをそれぞれ有する第１端部と第２端部を含みかつ縦
方向に細長い中実の上部圧縮部材を構成しかつ水平に配
置される中実の上部フランジと、前方部、後方部、この
間の中間部を有する中実の底部引張部材を構成しかつ水
平に配置される中実の底部フランジと、上部フランジと
底部フランジとを連結する前方垂直支柱及び後方垂直支
柱並びに及び前方垂直支柱と後方垂直支柱との間にボル
スタ開口部を形成すると共に、サイドフレーム中間部に
開放部を含みかつ一対の側辺を有するほぼ中実の垂直ウ
ェブとが設けられる。底部引張部材の中間部は上部圧縮
部材とほぼ平行である。底部引張部材の前方部は上方に
伸びる中実の傾斜分を有しかつ第１屈曲点を形成する。
底部引張部材の後方部は上方に伸びる中実の傾斜部を有
しかつ各受台あごで上部圧縮部材端部に連結される。鉄
道車両の最大積載荷重を支持する比較的軽量で全体にほ
ぼ中実のＩ−ビーム断面形状を有する開放構造で形成さ
れかつ縦軸、前端、後端及びこの間の中間部を有する。
車用軽量鋳造サイドフレームは、下向きに突出する受台
あごをそれぞれ有する第１端部と第２端部を含みかつ縦
方向に細長い中実の上部圧縮部材を構成しかつ水平に配
置される中実の上部フランジと、前方部、後方部、この
間の中間部を有する中実の底部引張部材を構成しかつ水
平に配置される中実の底部フランジと、上部フランジと
底部フランジとを連結する前方垂直支柱及び後方垂直支
柱並びに及び前方垂直支柱と後方垂直支柱との間にボル
スタ開口部を形成すると共に、サイドフレーム中間部に
開放部を含みかつ一対の側辺を有するほぼ中実の垂直ウ
ェブとが設けられる。底部引張部材の中間部は上部圧縮
部材とほぼ平行である。底部引張部材の前方部は上方に
伸びる中実の傾斜分を有しかつ第１屈曲点を形成する。
底部引張部材の後方部は上方に伸びる中実の傾斜部を有
しかつ各受台あごで上部圧縮部材端部に連結される。鉄
道車両の最大積載荷重を支持する比較的軽量で全体にほ
ぼ中実のＩ−ビーム断面形状を有する開放構造で形成さ
れかつ縦軸、前端、後端及びこの間の中間部を有する。
【００１２】上部フランジは、上部圧縮部材が受ける静
的及び動的荷重に従って縦軸に沿って傾斜した断面厚を
有する。上部フランジの断面厚はその中央部近くで約
１.７５ｃｍで、受台あご近くでは約１.２７ｃｍで、上
記断面厚は中央部から受台あごに向けて次第に減少し、
前方垂直支柱から後方垂直支柱までの上部フランジの中
央部までの断面厚は連続的に約１.７５ｃｍである。中
実底部フランジは、底部圧縮部材が受ける静的及び動的
荷重に従ってその縦軸に沿って傾斜した断面厚を有す
る。底部フランジの断面厚は中央部近くで約１.９ｃｍ
で、受台あご近くでは約１.５７ｃｍで、上記断面厚は
中央部から受台あごに向かって次第に減少し、前方垂直
支柱から後方垂直支柱までの底部フランジの断面厚は連
続的に約１.９ｃｍである。
的及び動的荷重に従って縦軸に沿って傾斜した断面厚を
有する。上部フランジの断面厚はその中央部近くで約
１.７５ｃｍで、受台あご近くでは約１.２７ｃｍで、上
記断面厚は中央部から受台あごに向けて次第に減少し、
前方垂直支柱から後方垂直支柱までの上部フランジの中
央部までの断面厚は連続的に約１.７５ｃｍである。中
実底部フランジは、底部圧縮部材が受ける静的及び動的
荷重に従ってその縦軸に沿って傾斜した断面厚を有す
る。底部フランジの断面厚は中央部近くで約１.９ｃｍ
で、受台あご近くでは約１.５７ｃｍで、上記断面厚は
中央部から受台あごに向かって次第に減少し、前方垂直
支柱から後方垂直支柱までの底部フランジの断面厚は連
続的に約１.９ｃｍである。
【００１３】垂直ウェブは、垂直ウェブが受ける静的及
び動的負荷に従ってその縦軸に沿って傾斜した断面厚を
有する。中実ウェブの断面厚は中央部の近くで約１.９
ｃｍで、受台あごの近くでは１.５７ｃｍで、上記断面
厚は中央部から受台あごまで次第に減少する。垂直ウェ
ブは少なくとも２個の、縦方向に離れた肉抜き穴を有
し、肉抜き穴の一つはボルスタ開口部の前方に一定距離
離れて配置され、肉抜き穴の他の一つはボルスタ開口部
の後方縦方向に同一距離離れて配置される。各肉抜き穴
は上部フランジから垂直に等距離離れて配置され、各肉
抜き穴は水平上縁部、垂直側縁部及び傾斜側縁部で形成
され、水平上縁部、垂直側縁部及び傾斜側縁部は相互に
連結されてほぼ三角形を形成する。各肉抜き穴は各肉抜
き穴の周囲に断面係数を維持するための補強用リップを
含む連続した周縁部を有する。補強用リップは、垂直ウ
ェブが受ける静的荷重に従って各肉抜き穴の周囲の断面
厚が変化する。垂直側部上の補強用リップは上部及び傾
斜部よりも厚い。サイドフレームのＩ−ビーム形状は、
管状断面を有するサイドフレームに比較して小数の鋳造
用中子を使用して連続的に鋳造される。Ｉ−ビームの上
部及び底部フランジは、底部フランジと垂直ウェブとの
連結位置に単純な半径曲線の面取り材料を含む。Ｉ−ビ
ームの垂直ウェブと支柱は、前方垂直支柱及び後方垂直
支柱と垂直ウェブとの連結位置に単純な半径曲線の面取
り材料を含む。上部フランジは中央部と受台あごとの間
で十分に傾斜する寸法幅を有する。上部フランジは、中
央部で約２１.６ｃｍから受台あごで約９.５ｃｍまで幅
が傾斜する。各受台あご及び第１及び第２屈曲点の間で
垂直ウェブの各側辺に垂直に取付けられかつ垂直ウェブ
のねじれを阻止するウェブ補強装置が設けられる。垂直
ウェブの各側辺に水平に取付けられかつ前方垂直及び後
方垂直柱を補強するウェブ補強装置が設けられる。最大
積載荷重対重量比が約１１対１である。開放した各垂直
ウェブの側辺及び上部フランジ、底部フランジ及び傾斜
フランジ並びに各受台あごを検査のため観察できる。鋳
造欠陥の原因となる鋳造用中子を減少して、高温金属流
動の乱流を減少する。鋳造欠陥の原因となる中子の数を
減少して、鋳造応力を減少する。
び動的負荷に従ってその縦軸に沿って傾斜した断面厚を
有する。中実ウェブの断面厚は中央部の近くで約１.９
ｃｍで、受台あごの近くでは１.５７ｃｍで、上記断面
厚は中央部から受台あごまで次第に減少する。垂直ウェ
ブは少なくとも２個の、縦方向に離れた肉抜き穴を有
し、肉抜き穴の一つはボルスタ開口部の前方に一定距離
離れて配置され、肉抜き穴の他の一つはボルスタ開口部
の後方縦方向に同一距離離れて配置される。各肉抜き穴
は上部フランジから垂直に等距離離れて配置され、各肉
抜き穴は水平上縁部、垂直側縁部及び傾斜側縁部で形成
され、水平上縁部、垂直側縁部及び傾斜側縁部は相互に
連結されてほぼ三角形を形成する。各肉抜き穴は各肉抜
き穴の周囲に断面係数を維持するための補強用リップを
含む連続した周縁部を有する。補強用リップは、垂直ウ
ェブが受ける静的荷重に従って各肉抜き穴の周囲の断面
厚が変化する。垂直側部上の補強用リップは上部及び傾
斜部よりも厚い。サイドフレームのＩ−ビーム形状は、
管状断面を有するサイドフレームに比較して小数の鋳造
用中子を使用して連続的に鋳造される。Ｉ−ビームの上
部及び底部フランジは、底部フランジと垂直ウェブとの
連結位置に単純な半径曲線の面取り材料を含む。Ｉ−ビ
ームの垂直ウェブと支柱は、前方垂直支柱及び後方垂直
支柱と垂直ウェブとの連結位置に単純な半径曲線の面取
り材料を含む。上部フランジは中央部と受台あごとの間
で十分に傾斜する寸法幅を有する。上部フランジは、中
央部で約２１.６ｃｍから受台あごで約９.５ｃｍまで幅
が傾斜する。各受台あご及び第１及び第２屈曲点の間で
垂直ウェブの各側辺に垂直に取付けられかつ垂直ウェブ
のねじれを阻止するウェブ補強装置が設けられる。垂直
ウェブの各側辺に水平に取付けられかつ前方垂直及び後
方垂直柱を補強するウェブ補強装置が設けられる。最大
積載荷重対重量比が約１１対１である。開放した各垂直
ウェブの側辺及び上部フランジ、底部フランジ及び傾斜
フランジ並びに各受台あごを検査のため観察できる。鋳
造欠陥の原因となる鋳造用中子を減少して、高温金属流
動の乱流を減少する。鋳造欠陥の原因となる中子の数を
減少して、鋳造応力を減少する。
【００１４】本発明による鉄道車両台車は、縦軸を有し
かつ横方向に離れてその間に輪軸が装着される一対のサ
イドフレームを含み、各サイドフレームは前方部、後方
部及び中央部を有し、サイドフレームの中央部は横方向
に伸びるボルスタを収容するボルスタ開口部を形成す
る。サイドフレームは比較的軽量でかつ車両の最大積載
荷重を移動する開放構造を有する。各サイドフレーム
は、中実でかつ水平に配置された上部フランジと、中実
でかつ水平に配置された底部フランジと、上部フランジ
と底部フランジとを連結するほぼ中実の垂直ウェブで構
成されかつ開放したほぼ中実でＩ−ビーム断面形状を有
する。上部フランジは、上部フランジが受ける静的及び
動的負荷に一致して縦軸に沿って傾斜した断面厚を有す
る。中実の底部フランジは、底部フランジが受ける静的
及び動的荷重に一致して縦軸に沿って傾斜する。ほぼ中
実の垂直ウェブは、受ける静的及び動的荷重に一致して
縦軸に沿って傾斜する断面厚を有する。
かつ横方向に離れてその間に輪軸が装着される一対のサ
イドフレームを含み、各サイドフレームは前方部、後方
部及び中央部を有し、サイドフレームの中央部は横方向
に伸びるボルスタを収容するボルスタ開口部を形成す
る。サイドフレームは比較的軽量でかつ車両の最大積載
荷重を移動する開放構造を有する。各サイドフレーム
は、中実でかつ水平に配置された上部フランジと、中実
でかつ水平に配置された底部フランジと、上部フランジ
と底部フランジとを連結するほぼ中実の垂直ウェブで構
成されかつ開放したほぼ中実でＩ−ビーム断面形状を有
する。上部フランジは、上部フランジが受ける静的及び
動的負荷に一致して縦軸に沿って傾斜した断面厚を有す
る。中実の底部フランジは、底部フランジが受ける静的
及び動的荷重に一致して縦軸に沿って傾斜する。ほぼ中
実の垂直ウェブは、受ける静的及び動的荷重に一致して
縦軸に沿って傾斜する断面厚を有する。
【００１５】
【作用】本発明は、サイドフレームの基礎的設計に、特
殊のＩ‐断面形状と垂直ウェブを与えることによって上
記の目的を達成するものである。ウェブの一部は重量軽
減のため除去されるが、Ｉ−ビーム形状の鋳造体のフラ
ンジは外縁上に十分な半径が与えられる。この大きい半
径は連続表面を融和し、融解金属を鋳造物内に「押湯す
る」効果を与える。この改良された押湯効果は応力集中
を防止し、急激な局部的変化で発生する疲労問題を軽減
し、所要金属量、鋳造時間及び従来の鋳造法に伴う仕上
労働力を軽減する。また、上記の大きい半径のため、フ
ランジがウェブに接する位置で鋳型から鋳造物（パター
ン）を容易に取出すことができる。
殊のＩ‐断面形状と垂直ウェブを与えることによって上
記の目的を達成するものである。ウェブの一部は重量軽
減のため除去されるが、Ｉ−ビーム形状の鋳造体のフラ
ンジは外縁上に十分な半径が与えられる。この大きい半
径は連続表面を融和し、融解金属を鋳造物内に「押湯す
る」効果を与える。この改良された押湯効果は応力集中
を防止し、急激な局部的変化で発生する疲労問題を軽減
し、所要金属量、鋳造時間及び従来の鋳造法に伴う仕上
労働力を軽減する。また、上記の大きい半径のため、フ
ランジがウェブに接する位置で鋳型から鋳造物（パター
ン）を容易に取出すことができる。
【００１６】本発明は、従来のサイドフレームの閉鎖し
た管状構造に比較して試験性能が増加することを理解す
ることが非常に重要である。一体であるが「開放した」
Ｉ−ビーム構造のため、全サイドフレーム表面は明瞭な
開放状態で示されるから検査が容易である。従来のサイ
ドフレームでは、閉鎖構造の設計は、内側表面は明瞭な
視察が行われず、肉眼で検査することができない。本発
明の中実なＩ−ビーム設計によれば、鋳造直後に鋳造欠
陥と表面不規則性は検出でき、使用前に修理することが
可能である。本発明の中実で開放型の設計は、使用後の
疲労割れの徴候に対しては肉眼観察及び非破壊的に容易
に検査できる利点がある。全表面を肉眼で観察できるか
ら、破壊的故障を発生することなく線路の動作安全性を
保持する早期検出の問題を解決することができる。
た管状構造に比較して試験性能が増加することを理解す
ることが非常に重要である。一体であるが「開放した」
Ｉ−ビーム構造のため、全サイドフレーム表面は明瞭な
開放状態で示されるから検査が容易である。従来のサイ
ドフレームでは、閉鎖構造の設計は、内側表面は明瞭な
視察が行われず、肉眼で検査することができない。本発
明の中実なＩ−ビーム設計によれば、鋳造直後に鋳造欠
陥と表面不規則性は検出でき、使用前に修理することが
可能である。本発明の中実で開放型の設計は、使用後の
疲労割れの徴候に対しては肉眼観察及び非破壊的に容易
に検査できる利点がある。全表面を肉眼で観察できるか
ら、破壊的故障を発生することなく線路の動作安全性を
保持する早期検出の問題を解決することができる。
【００１７】中実で開放型の本発明のサイドフレーム
は、生産コスト、仕上コスト、輸送コスト及び使用中の
作動コストに大きな影響を与える経済的利点がある。例
えば、中実のＩ−ビーム設計のサイドフレームは鋳造コ
アに必要な数を１８から６に減少できる。コアの数が少
なければ材料と労働コストを節約できかつ鋳型を通る金
属の流れが速いため生産鋳造時間を短縮でき、複雑な湾
曲部と折り返し部が少ないから金属の流れが更に円滑に
なる。また、コアを省略することにより品質低下に関連
する鋳造問題を減少することができる。サイドフレーム
の疲労寿命に大きな影響を与える鋳造による応力発生
は、制限的コアポートで発生する鋳造乱流が事実上除去
されるからほとんど防止される。コアが少数になると鋳
造寸法はより均一になるから鋳型冷却時間もより均一に
なり、熱間割れや冷却時に発生する応力を防止する。
は、生産コスト、仕上コスト、輸送コスト及び使用中の
作動コストに大きな影響を与える経済的利点がある。例
えば、中実のＩ−ビーム設計のサイドフレームは鋳造コ
アに必要な数を１８から６に減少できる。コアの数が少
なければ材料と労働コストを節約できかつ鋳型を通る金
属の流れが速いため生産鋳造時間を短縮でき、複雑な湾
曲部と折り返し部が少ないから金属の流れが更に円滑に
なる。また、コアを省略することにより品質低下に関連
する鋳造問題を減少することができる。サイドフレーム
の疲労寿命に大きな影響を与える鋳造による応力発生
は、制限的コアポートで発生する鋳造乱流が事実上除去
されるからほとんど防止される。コアが少数になると鋳
造寸法はより均一になるから鋳型冷却時間もより均一に
なり、熱間割れや冷却時に発生する応力を防止する。
【００１８】鋳造作業での大きなコスト低下のほかに、
本発明のサイドフレームを鋳型から分離したとき、コア
間を洩れる金属によって形成される突起（スプルー）の
数が減少し、仕上げ時間は大幅に減少される。また、サ
イドフレームのほぼ全面が外部に開放され、外部から容
易に到達できない表面はないから、仕上げ用溶接量は減
少し、各サイドフレームは修理と使用の機会が保証さ
れ、たとえ仕上げ用溶接量が多量であり到達が困難と判
定されても、スクラップにすることはない。
本発明のサイドフレームを鋳型から分離したとき、コア
間を洩れる金属によって形成される突起（スプルー）の
数が減少し、仕上げ時間は大幅に減少される。また、サ
イドフレームのほぼ全面が外部に開放され、外部から容
易に到達できない表面はないから、仕上げ用溶接量は減
少し、各サイドフレームは修理と使用の機会が保証さ
れ、たとえ仕上げ用溶接量が多量であり到達が困難と判
定されても、スクラップにすることはない。
【００１９】上記の大きな経済的生産費節減のほかに、
本発明の新規なサイドフレーム設計は、各サイドフレー
ムの重量が従来のサイドフレームよりも約９０−１１２
ｋｇ軽量のため、輸送費を節約できる。従って更に仕上
げ加工したサイドフレームを各線路に出荷して輸送コス
トを減少できる。また、軽量の台車アセンブリによって
得られる重量軽減を負荷される余分の有料荷重の対応利
得に変換することによって、単位距離当たりの経営費も
節約できる。これは、重量軽減によって最大積載荷重が
増大すれば、燃料節約にもなる。
本発明の新規なサイドフレーム設計は、各サイドフレー
ムの重量が従来のサイドフレームよりも約９０−１１２
ｋｇ軽量のため、輸送費を節約できる。従って更に仕上
げ加工したサイドフレームを各線路に出荷して輸送コス
トを減少できる。また、軽量の台車アセンブリによって
得られる重量軽減を負荷される余分の有料荷重の対応利
得に変換することによって、単位距離当たりの経営費も
節約できる。これは、重量軽減によって最大積載荷重が
増大すれば、燃料節約にもなる。
【００２０】約言すると、本発明では総ての非重要区域
の金属を軽減してサイドフレームの重量を軽減するこ
と、及び鋳造過程で使用するコアの数を減少すること、
コアの数を減少して、鋳造に伴う融解金属供給過程及び
凝固過程を改良することができる。サイドフレームに関
連する試験又は使用問題の大部分は鋳造欠陥又は設計に
よる応力集中の結果であるから、本発明は疲労亀裂を発
生する鋳造欠陥を減少して軽量で堅固なサイドフレーム
を製造することができる。サイドフレームは疲労問題を
起こし易い構造体であるから、疲労発生区域のいかなる
改良も良好な鋳造によって得られる。複雑性の少ない流
動パターンはある区域に集中して鋳造欠陥を生ずる応力
を減少するから、高温亀裂の可能性を低下しかつサイド
フレームの疲労寿命を延長する。
の金属を軽減してサイドフレームの重量を軽減するこ
と、及び鋳造過程で使用するコアの数を減少すること、
コアの数を減少して、鋳造に伴う融解金属供給過程及び
凝固過程を改良することができる。サイドフレームに関
連する試験又は使用問題の大部分は鋳造欠陥又は設計に
よる応力集中の結果であるから、本発明は疲労亀裂を発
生する鋳造欠陥を減少して軽量で堅固なサイドフレーム
を製造することができる。サイドフレームは疲労問題を
起こし易い構造体であるから、疲労発生区域のいかなる
改良も良好な鋳造によって得られる。複雑性の少ない流
動パターンはある区域に集中して鋳造欠陥を生ずる応力
を減少するから、高温亀裂の可能性を低下しかつサイド
フレームの疲労寿命を延長する。
【００２１】
【実施例】以下、図７に示す従来のサイドフレームと共
に、本発明によるサイドフレームの実施例を図１〜図１
２について説明する。
に、本発明によるサイドフレームの実施例を図１〜図１
２について説明する。
【００２２】図１は鉄道工業に共通の鉄道車両の台車１
０を示す。台車１０は一般に車両の長さ方向の縦方向に
間隔をあけて配置される一対の輪軸１２を含み、各輪軸
１２は車軸１８と、標準の方法で車軸１８の両端に取付
けられかつ横方向に間隔をあけて配置された車輪２２と
を有する。
０を示す。台車１０は一般に車両の長さ方向の縦方向に
間隔をあけて配置される一対の輪軸１２を含み、各輪軸
１２は車軸１８と、標準の方法で車軸１８の両端に取付
けられかつ横方向に間隔をあけて配置された車輪２２と
を有する。
【００２３】横方向に間隔をあけて配置された一対のサ
イドフレーム２０、２４は車軸１２上に装着される。サ
イドフレーム２０、２４はそれぞれボルスタ１６の端部
を支持する開口部２６を有し、ボルスタ１６はボルスタ
開口部２６内に配置されたばねセット１４上に支持され
る。ボルスタ１６は各サイドフレーム２０、２４の間に
伸び出し、鉄道車両の重量を支持する。ボルスタ１６
は、垂直方向に運動すると、サイドフレーム２０、２４
の底部のばねシート板２５に取付けられたばねセット１
４の弾力により上方に付勢される。基本的に標準構造を
備えたボルスタ１６の詳細な説明は省略する。
イドフレーム２０、２４は車軸１２上に装着される。サ
イドフレーム２０、２４はそれぞれボルスタ１６の端部
を支持する開口部２６を有し、ボルスタ１６はボルスタ
開口部２６内に配置されたばねセット１４上に支持され
る。ボルスタ１６は各サイドフレーム２０、２４の間に
伸び出し、鉄道車両の重量を支持する。ボルスタ１６
は、垂直方向に運動すると、サイドフレーム２０、２４
の底部のばねシート板２５に取付けられたばねセット１
４の弾力により上方に付勢される。基本的に標準構造を
備えたボルスタ１６の詳細な説明は省略する。
【００２４】サイドフレーム２０、２４の主な破損原因
は、サイドフレーム２０、２４を形成する鋳造金属の湾
曲隅部及び不規則形状部、例えば急激な断面減少部、鋳
造品の傷、急激な湾曲部、段差部並びに鋳型及びコアの
砂孔表面のきず跡形状に主に集中する張力誘因ストレス
に伴う金属疲労に起因することは業界で公知である。金
属中の鋳造用中子押えもストレス集中の他の一因であ
る。鋳型の型枠内にコア要素を正確な位置に保持し、コ
アと鋳型表面との間に正しい間隔をとって最終鋳造物に
所望の金属厚を得るため、小型の金属製スペーサからな
る中子押えは業界で公知である。理想的には、中子押え
は完全に融解して鋳造金属と区別ができなくなるもので
あるが、多くの場合完全には融解せず、鋳造で発生する
応力蓄積の原因になる。コアの数を減少すると、中子押
えの数を減少することができる。
は、サイドフレーム２０、２４を形成する鋳造金属の湾
曲隅部及び不規則形状部、例えば急激な断面減少部、鋳
造品の傷、急激な湾曲部、段差部並びに鋳型及びコアの
砂孔表面のきず跡形状に主に集中する張力誘因ストレス
に伴う金属疲労に起因することは業界で公知である。金
属中の鋳造用中子押えもストレス集中の他の一因であ
る。鋳型の型枠内にコア要素を正確な位置に保持し、コ
アと鋳型表面との間に正しい間隔をとって最終鋳造物に
所望の金属厚を得るため、小型の金属製スペーサからな
る中子押えは業界で公知である。理想的には、中子押え
は完全に融解して鋳造金属と区別ができなくなるもので
あるが、多くの場合完全には融解せず、鋳造で発生する
応力蓄積の原因になる。コアの数を減少すると、中子押
えの数を減少することができる。
【００２５】前記のように、サイドフレームの圧縮応力
及び引張応力の問題を議論する歴史的設計考察は、主と
して、重量を度外視して上部及び底部部材の断面厚を増
加するものであった。これに対して、本発明のサイドフ
レームでは、総ての３部品台車に共通の静的荷重及び動
的荷重の問題を分析して、軽量の金属を使用するため、
本発明のサイドフレームはほぼ全面が外部に開放し、し
かも強固なＩ−ビームによって構成される。
及び引張応力の問題を議論する歴史的設計考察は、主と
して、重量を度外視して上部及び底部部材の断面厚を増
加するものであった。これに対して、本発明のサイドフ
レームでは、総ての３部品台車に共通の静的荷重及び動
的荷重の問題を分析して、軽量の金属を使用するため、
本発明のサイドフレームはほぼ全面が外部に開放し、し
かも強固なＩ−ビームによって構成される。
【００２６】同一部材であるサイドフレーム２０、２４
の一つについて詳述するが、詳細な説明の前に、この新
規なサイドフレームは実際には特殊設計のＩ−ビームで
あるが、普通に認識されているサイドフレームの形状を
保持する。図２〜図４について説明すると、本発明の特
徴を有するサイドフレーム２０は台車１０の長手方向に
伸びる強固な上部圧縮部材となる上部フランジ３０と、
同様に台車の長手方向に伸びる強固な底部引張部材とな
る底部フランジ４０とを有する。垂直ウェブ５０は上部
フランジ３０と底部フランジ４０との間に伸び、上部フ
ランジ３０と底部フランジ４０とを連結し、Ｉ−ビーム
としてサイドフレーム２０の全体の構造的形状を形成す
る。更に詳細に示す図２では、底部引張部材フランジ４
０は上部圧縮部材３０とほぼ平行な中央部を有し、この
中央部は、各サイドフレーム端部２９、３１で底部フラ
ンジ４０を上部フランジ３０に一体に連結するため上方
に伸びる強固な斜めのフランジ６０、７０からなる前方
部と後方部とを有する。サイドフレーム２０のフランジ
３０、４０、６０及び７０は１個の連続したフランジ部
材として構成されるが、上部フランジ３０は運動中圧縮
荷重を受け、下方フランジ４０は引張荷重を受ける。従
来のサイドフレームでは、上部圧縮部材及び底部引張部
材を直接連結する垂直支柱８０、９０は構造的支持力と
サイドフレーム２０の構造完全性を増加すると共に、ボ
ルスタ開口部２６を形成するため使用された。しかし本
発明では、垂直支柱８０、９０は上部圧縮部材及び底部
引張部材の間で十分には伸び出さず、ボルスタ開口部２
６を形成する。むしろ、支柱８０と９０は上部フランジ
部材３０から垂直下方にばね座板２５まで伸び、中心の
Ｕ型構造部を形成する。各垂直支柱８０、９０は上部フ
ランジ３０に一体に連結されるから、ばね材板２５は中
間荷重を有する単純支持ビームと同様に懸垂され、ま
た、垂直支柱８０、９０、特にばね座板２５に対して安
定性と強度を与えるため、底部支持支柱１２０は直接連
結板２５を垂直ウェブ５０と底部フランジ４０に連結す
る。同様に、垂直支柱８０、９０を垂直ウェブ５０に連
結する支柱補強用リブ８５、９５が垂直支柱８０、９０
に設けられる。底部支持支柱１２０と補強用リブ８５、
９５の機能は後述する。
の一つについて詳述するが、詳細な説明の前に、この新
規なサイドフレームは実際には特殊設計のＩ−ビームで
あるが、普通に認識されているサイドフレームの形状を
保持する。図２〜図４について説明すると、本発明の特
徴を有するサイドフレーム２０は台車１０の長手方向に
伸びる強固な上部圧縮部材となる上部フランジ３０と、
同様に台車の長手方向に伸びる強固な底部引張部材とな
る底部フランジ４０とを有する。垂直ウェブ５０は上部
フランジ３０と底部フランジ４０との間に伸び、上部フ
ランジ３０と底部フランジ４０とを連結し、Ｉ−ビーム
としてサイドフレーム２０の全体の構造的形状を形成す
る。更に詳細に示す図２では、底部引張部材フランジ４
０は上部圧縮部材３０とほぼ平行な中央部を有し、この
中央部は、各サイドフレーム端部２９、３１で底部フラ
ンジ４０を上部フランジ３０に一体に連結するため上方
に伸びる強固な斜めのフランジ６０、７０からなる前方
部と後方部とを有する。サイドフレーム２０のフランジ
３０、４０、６０及び７０は１個の連続したフランジ部
材として構成されるが、上部フランジ３０は運動中圧縮
荷重を受け、下方フランジ４０は引張荷重を受ける。従
来のサイドフレームでは、上部圧縮部材及び底部引張部
材を直接連結する垂直支柱８０、９０は構造的支持力と
サイドフレーム２０の構造完全性を増加すると共に、ボ
ルスタ開口部２６を形成するため使用された。しかし本
発明では、垂直支柱８０、９０は上部圧縮部材及び底部
引張部材の間で十分には伸び出さず、ボルスタ開口部２
６を形成する。むしろ、支柱８０と９０は上部フランジ
部材３０から垂直下方にばね座板２５まで伸び、中心の
Ｕ型構造部を形成する。各垂直支柱８０、９０は上部フ
ランジ３０に一体に連結されるから、ばね材板２５は中
間荷重を有する単純支持ビームと同様に懸垂され、ま
た、垂直支柱８０、９０、特にばね座板２５に対して安
定性と強度を与えるため、底部支持支柱１２０は直接連
結板２５を垂直ウェブ５０と底部フランジ４０に連結す
る。同様に、垂直支柱８０、９０を垂直ウェブ５０に連
結する支柱補強用リブ８５、９５が垂直支柱８０、９０
に設けられる。底部支持支柱１２０と補強用リブ８５、
９５の機能は後述する。
【００２７】図２は、サイドフレーム２０の両端２９と
３１の両端から下方に伸びる受台あご３５を示す。受台
あご３５が形成された部分では上部フランジ３０のフラ
ンジと底部フランジ４０のフランジとが構造的に一体に
連結される。受台あご３５の構造的強度を増加するた
め、受台あご３５から下方に垂下するＬ型ブラケット６
５が設けられる。各ブラケット６５を付加することによ
って、鉄道車両の車軸１８を収容する車軸収容用開口部
が受台あご３５に形成される。図示のように、受台あご
３５の天井４５は、垂直ウェブ５０に連結して支持され
るため、受台あご補強用ガセット５５が設けられる。図
２に示すように、ブレークビームガイド１３０が設けら
れる。ブレークビームガイド１３０は、鉄道車両を停止
する時に車軸１２に力を加えるため使用されるブレーキ
ビームを保持するため、サイドフレーム２０の内側のみ
に形成される。ガイド１３０は僅かに下方に傾斜する勾
配を有し、一端で底部引張部材である斜めのフランジ６
０、７０に、また、他端で垂直支柱８０、９０に連結す
る。ガイド１３０の内側はウェブ５０に連結するから、
サイドフレーム中央部の構造的支持力が増加される。
３１の両端から下方に伸びる受台あご３５を示す。受台
あご３５が形成された部分では上部フランジ３０のフラ
ンジと底部フランジ４０のフランジとが構造的に一体に
連結される。受台あご３５の構造的強度を増加するた
め、受台あご３５から下方に垂下するＬ型ブラケット６
５が設けられる。各ブラケット６５を付加することによ
って、鉄道車両の車軸１８を収容する車軸収容用開口部
が受台あご３５に形成される。図示のように、受台あご
３５の天井４５は、垂直ウェブ５０に連結して支持され
るため、受台あご補強用ガセット５５が設けられる。図
２に示すように、ブレークビームガイド１３０が設けら
れる。ブレークビームガイド１３０は、鉄道車両を停止
する時に車軸１２に力を加えるため使用されるブレーキ
ビームを保持するため、サイドフレーム２０の内側のみ
に形成される。ガイド１３０は僅かに下方に傾斜する勾
配を有し、一端で底部引張部材である斜めのフランジ６
０、７０に、また、他端で垂直支柱８０、９０に連結す
る。ガイド１３０の内側はウェブ５０に連結するから、
サイドフレーム中央部の構造的支持力が増加される。
【００２８】再び図２に戻つて説明すると、垂直ウェブ
５０は、サイドフレーム２０の重量を軽減するため、サ
イドフレーム２０の両端に一対の肉抜き穴２００を有す
る。肉抜き穴２００は応力集積点として作用することは
公知であるが、本発明では肉抜き穴２００の周囲に比較
的高い断面係数を維持するため、軽量化用の肉抜き穴２
００の全周縁１８５にリップ１７０が垂直ウェブ５０に
設けられる。従って、リップ１７０は肉抜き穴２００と
サイドフレーム２０の構造強度を増加し、周期的屈曲応
力の発生に起因する疲労割れに対する抵抗を増加する。
しかし、断面係数を最大限にすると共に、付加すべき金
属量を最小限にする手段として、リップ１７０は周辺縁
部１８５の回りに一定の断面厚を維持するものではな
い。図９〜図１２に示すように、各肉抜き穴２００は圧
力対重量を認識して構成される第１隅部Ｘ、第２隅部Ｙ
及び第３隅部Ｚを有する。圧力対重量の認識では、肉抜
き穴垂直縁１８２はサイドフレーム２０の中央部に近
く、上部の水平縁部１８４又は鈍角縁部１８６よりも大
きな応力を受ける。これらの応力に対応するため、垂直
縁１８２に最大の応力が蓄積される隅部Ｘ、Ｙには隅部
Ｚよりも重いリップが設けられ、隅部Ｚはサイドフレー
ム中央部から最も離れた位置にあり、応力はあまり大き
くない。図１０に示すように、隅部ＸとＹは切断線Ｃ−
Ｃで示すような断面厚を有し、一方隅部Ｚは切断線Ｂ−
Ｂで示す断面厚を有する。図１１と図１２に示すよう
に、リップ１７０は切断線Ｃ−Ｃで示す断面に対しては
大きい。重量を軽減する手段として、隅部Ｚは小さい荷
重力を受けるから、隅部ＸとＹに比べて断面積が小さ
い。隅部ＸとＹは垂直縁部１８２も同じ断面を有する
が、これらの隅部の間でテーパ状に傾斜する。
５０は、サイドフレーム２０の重量を軽減するため、サ
イドフレーム２０の両端に一対の肉抜き穴２００を有す
る。肉抜き穴２００は応力集積点として作用することは
公知であるが、本発明では肉抜き穴２００の周囲に比較
的高い断面係数を維持するため、軽量化用の肉抜き穴２
００の全周縁１８５にリップ１７０が垂直ウェブ５０に
設けられる。従って、リップ１７０は肉抜き穴２００と
サイドフレーム２０の構造強度を増加し、周期的屈曲応
力の発生に起因する疲労割れに対する抵抗を増加する。
しかし、断面係数を最大限にすると共に、付加すべき金
属量を最小限にする手段として、リップ１７０は周辺縁
部１８５の回りに一定の断面厚を維持するものではな
い。図９〜図１２に示すように、各肉抜き穴２００は圧
力対重量を認識して構成される第１隅部Ｘ、第２隅部Ｙ
及び第３隅部Ｚを有する。圧力対重量の認識では、肉抜
き穴垂直縁１８２はサイドフレーム２０の中央部に近
く、上部の水平縁部１８４又は鈍角縁部１８６よりも大
きな応力を受ける。これらの応力に対応するため、垂直
縁１８２に最大の応力が蓄積される隅部Ｘ、Ｙには隅部
Ｚよりも重いリップが設けられ、隅部Ｚはサイドフレー
ム中央部から最も離れた位置にあり、応力はあまり大き
くない。図１０に示すように、隅部ＸとＹは切断線Ｃ−
Ｃで示すような断面厚を有し、一方隅部Ｚは切断線Ｂ−
Ｂで示す断面厚を有する。図１１と図１２に示すよう
に、リップ１７０は切断線Ｃ−Ｃで示す断面に対しては
大きい。重量を軽減する手段として、隅部Ｚは小さい荷
重力を受けるから、隅部ＸとＹに比べて断面積が小さ
い。隅部ＸとＹは垂直縁部１８２も同じ断面を有する
が、これらの隅部の間でテーパ状に傾斜する。
【００２９】金属質量対局部的荷重応力に関する厳密か
つ詳細な検討はサイドフレーム設計の全体に対して行わ
れた。例えば、最大の応力は中央部に発生し、受台あご
３５に対する距離に比例して小さくなるから、全体の構
造は両端２９、３１では中央部ほど構造的に大型にする
必要はないことは公知である。図３と図４に示すよう
に、上部フランジ３０及び底部フランジ４０は、中央部
及び垂直支柱８０、９０の近くの点から、重量を軽減す
る受台あご３５に向けて外側に傾斜、即ちテーパ状とな
るように意識的に設計されている。また、図示のように
上部フランジ３０及び底部フランジ４０の幅「Ｅ」印の
中央部分では約２１.６ｃｍから「Ｆ」印の受台あご３
５の端部で約９.５ｃｍまで減少する。中央部の幅は従
来のものより僅かに大きいが、両端２９、３１の幅はか
なり小さく、上部フランジ３０と底部フランジ４０は従
来の寸法規格に従って作られたＩ−ビーム型サイドフレ
ームよりも軽量である。
つ詳細な検討はサイドフレーム設計の全体に対して行わ
れた。例えば、最大の応力は中央部に発生し、受台あご
３５に対する距離に比例して小さくなるから、全体の構
造は両端２９、３１では中央部ほど構造的に大型にする
必要はないことは公知である。図３と図４に示すよう
に、上部フランジ３０及び底部フランジ４０は、中央部
及び垂直支柱８０、９０の近くの点から、重量を軽減す
る受台あご３５に向けて外側に傾斜、即ちテーパ状とな
るように意識的に設計されている。また、図示のように
上部フランジ３０及び底部フランジ４０の幅「Ｅ」印の
中央部分では約２１.６ｃｍから「Ｆ」印の受台あご３
５の端部で約９.５ｃｍまで減少する。中央部の幅は従
来のものより僅かに大きいが、両端２９、３１の幅はか
なり小さく、上部フランジ３０と底部フランジ４０は従
来の寸法規格に従って作られたＩ−ビーム型サイドフレ
ームよりも軽量である。
【００３０】上記と同じ認識により、垂直ウェブ５０も
中央部と両端部２９、３１との間の重量軽減性の利点を
利用して構成される。図６では垂直ウェブ５０は垂直支
柱８０、９０の直後の区域の中央部で約１.９ｃｍ の断
面厚を有する。この全般的区域では、垂直ウェブ５０
は、ボルスタ１６とばねセット１４とばね座板２５との
間の相互作用によってサイドフレーム中央部に加えられ
る構造的に大きい屈曲力とねじれ力を処理しなければな
らない。しかし、図３及び図４に示すように、垂直ウェ
ブ５０の断面厚は、サイドフレーム中央部「Ｅ」から、
外力があまり大きくない受台あご３５の「Ｆ」に向けて
傾斜する。即ち、ウェブ５０の断面区域は受台あご３５
で約１.３ｃｍ で、中央部の断面区域は約１.９ｃｍで
ある。
中央部と両端部２９、３１との間の重量軽減性の利点を
利用して構成される。図６では垂直ウェブ５０は垂直支
柱８０、９０の直後の区域の中央部で約１.９ｃｍ の断
面厚を有する。この全般的区域では、垂直ウェブ５０
は、ボルスタ１６とばねセット１４とばね座板２５との
間の相互作用によってサイドフレーム中央部に加えられ
る構造的に大きい屈曲力とねじれ力を処理しなければな
らない。しかし、図３及び図４に示すように、垂直ウェ
ブ５０の断面厚は、サイドフレーム中央部「Ｅ」から、
外力があまり大きくない受台あご３５の「Ｆ」に向けて
傾斜する。即ち、ウェブ５０の断面区域は受台あご３５
で約１.３ｃｍ で、中央部の断面区域は約１.９ｃｍで
ある。
【００３１】構造的強度を低下せずに金属質量を減少し
たサイドフレーム上の別の区域は、ばね座板２５の直下
の区域である。図５と図７とを比較すると、図５の底部
引張部材フランジ４０は、従来の図７の設計より表面区
域がはるかに小さいことは明らかである。図５はばね２
５と一体に組合ってサイドフレーム中央部に特殊の構造
であるＩ−ビーム状構造を形成する状態を示す。このＩ
−ビーム状構造は上部フランジ３０として有効にばね板
２５を使用し、図示のように、上部フランジ３０は底部
フランジ４０より横方向に先方に伸び出している。ま
た、図示のように、ばねタブ２７は底部フランジ４０よ
り広い位置で荷重支持ばねセット１４（図面省略）を支
持する。図７に示す従来のサイドフレームでは、連続し
た中空の箱型底部引張部材４０’はブレース１２５’を
有するベース支持構造体の外側にあるばねセットに加わ
る荷重によって発生する曲げモーメントを処理し、更に
外側のばね板縁部の屈曲を防止することができた。しか
し本発明ではＩ−ビーム設計は軽量であるから、構造的
強度を維持するためには同じ力を僅かに厚いばね座板を
通して伝達すべきであることを認識している。３個の下
部支持支柱１２０はばね板２５の屈曲を阻止し、ばね板
２５から底部フランジ４０と垂直ウェブ５０に力を伝達
する。下部支持支柱１２０は、外側ばね座縁部を底部フ
ランジ４０の外側縁に連結する後退外縁１２２を有す
る。このように、サイドフレーム２０の構造的重量を更
に軽減することができる。図２に示すように、従来では
通常４個の支柱を使用したのに対し、僅かに３個の支持
支柱１２０が使用される。
たサイドフレーム上の別の区域は、ばね座板２５の直下
の区域である。図５と図７とを比較すると、図５の底部
引張部材フランジ４０は、従来の図７の設計より表面区
域がはるかに小さいことは明らかである。図５はばね２
５と一体に組合ってサイドフレーム中央部に特殊の構造
であるＩ−ビーム状構造を形成する状態を示す。このＩ
−ビーム状構造は上部フランジ３０として有効にばね板
２５を使用し、図示のように、上部フランジ３０は底部
フランジ４０より横方向に先方に伸び出している。ま
た、図示のように、ばねタブ２７は底部フランジ４０よ
り広い位置で荷重支持ばねセット１４（図面省略）を支
持する。図７に示す従来のサイドフレームでは、連続し
た中空の箱型底部引張部材４０’はブレース１２５’を
有するベース支持構造体の外側にあるばねセットに加わ
る荷重によって発生する曲げモーメントを処理し、更に
外側のばね板縁部の屈曲を防止することができた。しか
し本発明ではＩ−ビーム設計は軽量であるから、構造的
強度を維持するためには同じ力を僅かに厚いばね座板を
通して伝達すべきであることを認識している。３個の下
部支持支柱１２０はばね板２５の屈曲を阻止し、ばね板
２５から底部フランジ４０と垂直ウェブ５０に力を伝達
する。下部支持支柱１２０は、外側ばね座縁部を底部フ
ランジ４０の外側縁に連結する後退外縁１２２を有す
る。このように、サイドフレーム２０の構造的重量を更
に軽減することができる。図２に示すように、従来では
通常４個の支柱を使用したのに対し、僅かに３個の支持
支柱１２０が使用される。
【００３２】垂直支柱８０と９０との間の上部圧縮部材
区域の中央部も重量減少の設計がされている。前記のよ
うに、従来技術の引張部材は閉鎖した箱型の中空フレー
ムの構造的断面形状を有し、この全上部圧縮部材は類似
の構造的形状を有する。しかし、本発明の下部中央部は
下部支持支柱１２０の追加によって構造的に補強される
から、垂直支柱間の上部中央部も又補強しなければなら
ない。図５と図７とを比較すると、図５の上部フランジ
３０は図７の形状と非常に類似するように見える。しか
し本発明は「開放」形状を有し、検査目的のための観察
用通路が設けられ、この区域の金属質量にも同時減少が
実現されている。図２及び図３に示すように、上部圧縮
フランジ３０の各外側縁３８、３９は、支柱８０と９０
との間に伸び出して横棒３７によって縦方向の中央点で
相互に連結された下向きの一対の側面パネル３４、３６
を有する。凹部１４０は開放し、ボルスタ摩擦シュー
（図面省略）を収容する空間を与える。各摩擦シュー凹
部１４０は、側面パネル３４から側面パネル３６まで、
及び垂直支柱８０、９０から横棒３７まで横方向に伸び
出して全区域を解放する。各側面パネル３４と３６、及
び横棒３７はサイドフレーム中央部に対する構造的支持
力を増加し、曲げとねじり力に対する抵抗力を増加す
る。従来のサイドフレームも摩擦シュー凹部を有する
が、上部部材は中空の管状構造体で構成されたので、サ
イドフレームに余分の重量が増加し、又この閉鎖した管
状構造ではこの区域の目視検査が殆ど不可能である。
区域の中央部も重量減少の設計がされている。前記のよ
うに、従来技術の引張部材は閉鎖した箱型の中空フレー
ムの構造的断面形状を有し、この全上部圧縮部材は類似
の構造的形状を有する。しかし、本発明の下部中央部は
下部支持支柱１２０の追加によって構造的に補強される
から、垂直支柱間の上部中央部も又補強しなければなら
ない。図５と図７とを比較すると、図５の上部フランジ
３０は図７の形状と非常に類似するように見える。しか
し本発明は「開放」形状を有し、検査目的のための観察
用通路が設けられ、この区域の金属質量にも同時減少が
実現されている。図２及び図３に示すように、上部圧縮
フランジ３０の各外側縁３８、３９は、支柱８０と９０
との間に伸び出して横棒３７によって縦方向の中央点で
相互に連結された下向きの一対の側面パネル３４、３６
を有する。凹部１４０は開放し、ボルスタ摩擦シュー
（図面省略）を収容する空間を与える。各摩擦シュー凹
部１４０は、側面パネル３４から側面パネル３６まで、
及び垂直支柱８０、９０から横棒３７まで横方向に伸び
出して全区域を解放する。各側面パネル３４と３６、及
び横棒３７はサイドフレーム中央部に対する構造的支持
力を増加し、曲げとねじり力に対する抵抗力を増加す
る。従来のサイドフレームも摩擦シュー凹部を有する
が、上部部材は中空の管状構造体で構成されたので、サ
イドフレームに余分の重量が増加し、又この閉鎖した管
状構造ではこの区域の目視検査が殆ど不可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明による鉄道車両台車用サイドフレ
ームでは、軽量化されかつ重要部分での応力が軽減さ
れ、寿命を延長することができる。
ームでは、軽量化されかつ重要部分での応力が軽減さ
れ、寿命を延長することができる。
【図１】 鉄道用台車の斜視図
【図２】 本発明による台車サイドフレームの正面図
【図３】 図１のサイドフレームの上面図
【図４】 図１のサイドフレームの底面図
【図５】 図２の中央部の５−５線に沿う断面図
【図６】 図５の６−６線に沿う部分的断面図
【図７】 図２の５−５線で限定される基準区域に沿う
従来のサイドフレームの断面図
従来のサイドフレームの断面図
【図８】 図２の８−８線に沿う断面図
【図９】 図２の９−９線に沿う断面図
【図１０】 ウェーブ開口部の肉抜き穴の部分的側面図
【図１１】 図１０のＢ−Ｂ線に沿う断面図
【図１２】 図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面図
１０．．台車、１２．．輪軸、１４．．ばねセット、１
６．．ボルスタ、１８．．車軸、２０、２４．．サイド
フレーム、２５．．ばね座板、３５．．受台あご、４
０．．底部引張部材フランジ、５０．．垂直ウェブ、１
３０．．ガイド、２００．．肉抜き穴、
６．．ボルスタ、１８．．車軸、２０、２４．．サイド
フレーム、２５．．ばね座板、３５．．受台あご、４
０．．底部引張部材フランジ、５０．．垂直ウェブ、１
３０．．ガイド、２００．．肉抜き穴、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・ジェイ・マールバラ アメリカ合衆国60048イリノイ州リバティ ビル、セント・ウイリアム・ドライブ 1213 (72)発明者 ラミ・ブイ・ナサール アメリカ合衆国60610イリノイ州シカゴ、 イースト・オハイオ 420
Claims (26)
- 【請求項１】 下向きに突出する受台あごをそれぞれ有
する第１端部と第２端部を含みかつ縦方向に細長い中実
の上部圧縮部材を構成しかつ水平に配置される中実の上
部フランジと、 前方部、後方部、この間の中間部を有する中実の底部引
張部材を構成しかつ水平に配置される中実の底部フラン
ジと、 上部フランジと底部フランジとを連結する前方垂直支柱
及び後方垂直支柱並びに及び前方垂直支柱と後方垂直支
柱との間にボルスタ開口部を形成すると共に、サイドフ
レーム中間部に開放部を含みかつ一対の側辺を有するほ
ぼ中実の垂直ウェブとを含み、 底部引張部材の中間部は上部圧縮部材とほぼ平行であ
り、 底部引張部材の前方部は上方に伸びる中実の傾斜分を有
しかつ第１屈曲点を形成し、 底部引張部材の後方部は上方に伸びる中実の傾斜部を有
しかつ各受台あごで上部圧縮部材端部に連結され、 鉄道車両の最大積載荷重を支持する比較的軽量で全体に
ほぼ中実のＩ−ビーム断面形状を有する開放構造で形成
されかつ縦軸、前端、後端及びこの間の中間部を有する
ことを特徴とする鉄道車両台車用軽量鋳造サイドフレー
ム。 - 【請求項２】 上部フランジは、上部圧縮部材が受ける
静的及び動的荷重に従って縦軸に沿って傾斜した断面厚
を有する請求項１に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項３】 上部フランジの断面厚はその中央部近く
で約１.７５ｃｍで、受台あご近くでは約１.２７ｃｍ
で、上記断面厚は中央部から受台あごに向けて次第に減
少し、前方垂直支柱から後方垂直支柱までの上部フラン
ジの中央部までの断面厚は連続的に約１.７５ｃｍであ
る請求項２に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項４】 中実底部フランジは、底部圧縮部材が受
ける静的及び動的荷重に従ってその縦軸に沿って傾斜し
た断面厚を有する請求項２に記載の軽量サイドフレー
ム。 - 【請求項５】 底部フランジの断面厚は中央部近くで約
１.９ｃｍで、受台あご近くでは約１.５７ｃｍで、上記
断面厚は中央部から受台あごに向かって次第に減少し、
前方垂直支柱から後方垂直支柱までの底部フランジの断
面厚は連続的に約１.９ｃｍである請求項４に記載の軽
量サイドフレーム。 - 【請求項６】 垂直ウェブは、垂直ウェブが受ける静的
及び動的負荷に従ってその縦軸に沿って傾斜した断面厚
を有する請求項１に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項７】 中実ウェブの断面厚は中央部の近くで約
１.９ｃｍで、受台あごの近くでは１.５７ｃｍで、上記
断面厚は中央部から受台あごまで次第に減少する請求項
６に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項８】 垂直ウェブは少なくとも２個の、縦方向
に離れた肉抜き穴を有し、肉抜き穴の一つはボルスタ開
口部の前方に一定距離離れて配置され、肉抜き穴の他の
一つはボルスタ開口部の後方縦方向に同一距離離れて配
置され、各肉抜き穴は上部フランジから垂直に等距離離
れて配置され、各肉抜き穴は水平上縁部、垂直側縁部及
び傾斜側縁部で形成され、水平上縁部、垂直側縁部及び
傾斜側縁部は相互に連結されてほぼ三角形を形成する請
求項７に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項９】 各肉抜き穴は各肉抜き穴の周囲に断面係
数を維持するための補強用リップを含む連続した周縁部
を有する請求項８に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１０】 補強用リップは、垂直ウェブが受ける
静的荷重に従って各肉抜き穴の周囲の断面厚が変化する
請求項９に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１１】 垂直側部上の補強用リップは上部及び
傾斜部よりも厚い請求項１０に記載の軽量サイドフレー
ム。 - 【請求項１２】 サイドフレームのＩ−ビーム形状は、
管状断面を有するサイドフレームに比較して小数の鋳造
用中子を使用して連続的に鋳造される請求項１１に記載
の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１３】 Ｉ−ビームの上部及び底部フランジ
は、底部フランジと垂直ウェブとの連結位置に単純な半
径曲線の面取り材料を含む請求項１２に記載の軽量サイ
ドフレーム。 - 【請求項１４】 Ｉ−ビームの垂直ウェブと支柱は、前
方垂直支柱及び後方垂直支柱と垂直ウェブとの連結位置
に単純な半径曲線の面取り材料を含む請求項１３に記載
の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１５】 上部フランジは中央部と受台あごとの
間で十分に傾斜する寸法幅を有する請求項１４に記載の
軽量サイドフレーム。 - 【請求項１６】 上部フランジは、中央部で約２１.６
ｃｍから受台あごで約９.５ｃｍまで幅が傾斜する請求
項１５に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１７】 各受台あご及び第１及び第２屈曲点の
間で垂直ウェブの各側辺に垂直に取付けられかつ垂直ウ
ェブのねじれを阻止するウェブ補強装置を含む請求項１
４に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１８】 垂直ウェブの各側辺に水平に取付けら
れかつ前方垂直及び後方垂直柱を補強するウェブ補強装
置を含む請求項１７に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項１９】 最大積載荷重対重量比が約１１対１で
ある請求項１６に記載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項２０】 開放した各垂直ウェブの側辺及び上部
フランジ、底部フランジ及び傾斜フランジ並びに各受台
あごを検査のため観察できる請求項１に記載の軽量サイ
ドフレーム。 - 【請求項２１】 鋳造欠陥の原因となる鋳造用中子を減
少して、高温金属流動の乱流を減少する請求項１２に記
載の軽量サイドフレーム。 - 【請求項２２】 鋳造欠陥の原因となる中子の数を減少
して、鋳造応力を減少する請求項１９に記載の軽量サイ
ドフレーム。 - 【請求項２３】 縦軸を有しかつ横方向に離れてその間
に輪軸が装着される一対のサイドフレームを含み、各サ
イドフレームは前方部、後方部及び中央部を有し、サイ
ドフレームの中央部は横方向に伸びるボルスタを収容す
るボルスタ開口部を形成する鉄道車両台車において、 サイドフレームは比較的軽量でかつ車両の最大積載荷重
を移動する開放構造を有し、 各サイドフレームは、中実でかつ水平に配置された上部
フランジと、中実でかつ水平に配置された底部フランジ
と、上部フランジと底部フランジとを連結するほぼ中実
の垂直ウェブで構成されかつ開放したほぼ中実でＩ−ビ
ーム断面形状を有することを特徴とする鉄道車両台車。 - 【請求項２４】 上部フランジは、上部フランジが受け
る静的及び動的負荷に一致して縦軸に沿って傾斜した断
面厚を有する請求項２３に記載の鉄道車両台車。 - 【請求項２５】 中実の底部フランジは、底部フランジ
が受ける静的及び動的荷重に一致して縦軸に沿って傾斜
する断面厚を有する請求項２４に記載の鉄道車両台車。 - 【請求項２６】 ほぼ中実の垂直ウェブは、受ける静的
及び動的荷重に一致して縦軸に沿って傾斜する断面厚を
有する請求項２５に記載の鉄道車両台車。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/131,143 US5410968A (en) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Lightweight fatigue resistant railcar truck sideframe with tapering I-beam construction |
| US131143 | 1993-10-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172315A true JPH07172315A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=22448087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6239191A Pending JPH07172315A (ja) | 1993-10-04 | 1994-10-03 | サイドフレーム及びこれを使用した鉄道車両台車 |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5410968A (ja) |
| EP (1) | EP0646511B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07172315A (ja) |
| KR (1) | KR950011257A (ja) |
| CN (1) | CN1107431A (ja) |
| AU (1) | AU670887B2 (ja) |
| BR (1) | BR9403781A (ja) |
| CA (1) | CA2126888C (ja) |
| DE (1) | DE69415255T2 (ja) |
| NZ (1) | NZ260706A (ja) |
| RU (1) | RU2116921C1 (ja) |
| ZA (1) | ZA945000B (ja) |
| ZW (1) | ZW7894A1 (ja) |
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