JPH08506295A

JPH08506295A - 自己操向鉄道ボギー

Info

Publication number: JPH08506295A
Application number: JP6517441A
Authority: JP
Inventors: アーサーアーネストビショップ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1996-07-09
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: CA2154686C; DE69428683D1; CN1120329A; AU674055B2; EP0681541A4; PL172994B1; PL310107A1; WO1994018048A1; ES2165871T3; AU5995894A; EP0681541A1; JP3284550B2; EP0681541B1; CA2154686A1; CN1064611C; US5730064A; DE69428683T2; PL173392B1

Abstract

(57)【要約】２個の対向するレールを有する鉄道軌道上を走行する自己操向鉄道ボギーである。このボギーは各端部に１個宛の１対の車軸組（４、７）を有し、各車軸組はその両側に１対の車輪（２、３、及び５、６）を有し、各車輪（２、３、５、６）は車軸上で独立して回転可能である。一方の車軸組が他方の車軸組に対し、また軌道の中心線に対し変位する際、他方の車軸組の両方の車輪に対し一方の車軸組の一方の車輪が上昇し、他方の車輪が下降して一方の車軸組が他方の車軸組に対し傾動するように少なくとも一方の車軸組の両方の車輪の周縁の輪郭を構成し、上記傾動によって一方の車軸組、又は両方の車軸組を操向させる。

Description

【発明の詳細な説明】自己操向鉄道ボギー技術分野本発明は車体、又は機関車を支持するため鉄道、路面鉄道等に広く使用されている鉄道ボギーに関するものである。背景１８３０年頃スチーブンソンによって導入され、鉄道軌道上に車体を案内するのに通常使用されている原理は、各端部に剛固に取り付けた車輪を有する車軸をそれぞれ具えた２個の車輪組を採用し、車軸の中心からテーパになった円錐走行面を車輪に設けることである。この構成は通常、コニシチィの原理と言われている。このテーパの角度は勾配約１：２０であり、車輪とレールとの間の接触区域上に十分に負荷を分散させるため、レールのヘッドの表面を同様の角度に傾けるのが通常の慣例である。車輪は車軸に剛固に取り付けられており、（自動車における慣例のように独立して自由に回転しない）から、軌道の中心線から車軸が変位すれば、外側の車輪は一層大きな直径で転動し、内側の車輪は一層小さな直径で転動し、車軸を軌道の中心に向け引き戻すように操向させる。軌道のカーブの部分では、各車輪の組は曲率の程度に関し適切な量だけ軌道の中心から外側にずれた位置をとり、車軸の軸線が収斂するように車軸を操向させることが必要である。所定の半径についてのこの操向角は車軸と車軸との距離によって増大し、長い車体では実行不可能となり、車体の各端部に、車軸間隔が狭いボギーを使用せざるを得ないことになる。車輪のテーパは、過度に側方に変位することなく、ボギーが所定の軌道半径を通過できる十分な大きさであると同時に、速度が高くなると激しくなる傾向があるボギーの反復偏揺れ振動を引き起こす程は大きくないことが必要である。このような振動はコニシチィの原理の車輪組に本来的なものである。最近の１０年間に、列車の速度を著しく増大させるようになったため、車輪の走行面を特殊な輪郭にし、輪郭の公差を非常に厳密な値にするようになっているが、高速になると、輪郭、及びその公差が急速に劣化する。車輪の輪郭、及び場合によりレールのヘッドの輪郭をも定期的に修復させるための研削技術が開発されている。車輪の輪郭の円錐角を小さくすると、このようなボギーが振動する傾向は減少するが、このようなボギーを具える列車は曲率半径が数百メートル以下のカーブの軌道を走ることができなくなる。しかし、新たな鉄道を建設する時、特に郊外の事情では、急激に曲がるカーブや、急勾配を含む軌道を必要とすることが多い。コニシチィの原理を利用する通常のボギーの使用から生ずる欠点をまとめれば次のとおりである。１．動的な安定性が許容ぎりぎりなのでボギーの振動を発生し、そのため乗客にとっての快適性が欠如する。この問題は高速になるにつれて悪化する。２．急激に曲がるカーブにおける性能が悪いため、軌道と車輪とが早く摩耗し、騒音を発生し、脱線の危険がある。３．円錐形の車輪踏面を使用する場合、避けられないことであるが接触区域内に生ずる滑り帯域の存在に起因し、レール上の車輪の付着力が減少する。４．この滑りの存在のため、例えば円筒車輪を使用する場合よりも列車の転動抵抗が著しく大きくなる。５．非常に急なカーブに対する能力が制約を受けるから、都市地帯では、土地の改築やトンネル敷設のために、新たな鉄道建設費用が一層高価になる。コニシチィの原理による車輪組が好結果を得られない問題を解消するため、多くの試みがなされ、設計者は解決策として４個の独立した車輪を有するボギーに着目している。例えば、アーサー・セイファート（Arthur Seifert）の英国特許第1496190号の発明の名称「鉄道車輌用軌道」には鉄道ボギー用の１対の独立して回転する車輪を、５度と４５度との間の角度に下方に傾いた回転車軸に取り付けることを開示している。この構成はほぼ平坦なレールヘッドを有する通常の軌道上で作動するよう意図しており、車輪走行面は車輪のボードに頂点がある急な円錐形から成る。この構成は車輪のフランジの摩耗が少なく、フランジの摩擦が小さく、車軸の軸受に加わる車輪負荷の分布が向上している。しかし、この構成は車輪とレールとの間の主負荷を担持する負荷接触区域の摩擦抗力と摩耗とが増大するのを避けることができない欠点がある。このセイファートの英国特許の構成では車輪の操向は不可能である。本発明の目的は、従来技術の上述の欠点、即ち動的安定性が不十分であること、急なカーブにおける性能の低下、これによる軌道と車輪との摩耗の増大、及び車輪と軌道との間の滑りにより急勾配を昇る能力の欠如、及び転動抵抗の増大を解消し、又は最少にするにある。上述の目的を達成するため、本発明操向可能な鉄道ボギーは独立して回転し得る車輪を具え、ボギーが走る軌道の曲率、又は偏向をボギーが感知し、前部車軸組と後部車軸組との間に相対捩じりが発生するように、しかも車輪をそのそれぞれのレールに対して配列するようボギーの車輪を操向させるようボギー、及び軌道の形態を定める。本発明操向可能な鉄道ボギーは一層急な曲率、一層急勾配の軌道でも使用することができ、このことは主本線鉄道のみでなく、私的高速度交通システムや軽便鉄道システムにおいても特に重要である。独立して回転可能な車輪を採用する本発明鉄道ボギーを説明するにあたり、各対の対向する車輪とその関連する車軸とを車軸組と称し、「仮想車軸」とは１対の車輪の車軸の軸線がこれ等１対の車輪の中心平面に交差する２個の点を結ぶ線によって画成され、上記１対の車輪間に存在する直線を言う。ここに中心平面とは、車輪と直線軌道上のレールとの間の接触点を含み車軸に垂直な平面と定義される。カーブでは、前部車軸線は常に軌道の中心の外側に最初走行し、後部車軸線は軌道の中心の内側に、即ち軌道の曲率中心に向け走行する。従って、車軸の傾きによって一方の車軸は水平平面に対し他方の車軸と反対方向に傾く。本発明の着想はこの相対傾動を使用し、軌道に対するボギーの定常状態の偏揺れが達成されるまで、旋回中の一方の車軸、又は両方の車軸を旋回の中心に収斂させるよう操向する。更に、車軸組の間の中心点のボギーの縦軸線は、この点におけるカーブへの接線に対し常に或る角度をなす。同様に、軌道の直線部にある場合でも、カーブの部分にある場合でも、軌道の偏り、又は外乱力に起因し、ボギーが瞬間的に振れた時、前部仮想車軸線と後部仮想車軸線との間の瞬間的な傾き、又は傾きの変化により、ボギーを軌道に対する真のコースに復帰させる。従って、本発明によれば、軌道の横揺れの僅かな一時的な動揺を無視して、軌道の方向の真の原点として、仮想車軸線のこの相対傾動を使用する。この場合、上記一時的な動揺は瞬間的な操向入力を生ぜしめるに過ぎず、ボギーがそのホイールベースに等しい軌道に沿う長さを移動する際、このような瞬間的な操向入力は打ち消されるものである。操向中、意図したコース、即ち意図した方向にボギーが主に応動するよう、車輪の操向に減衰手段を設けることにより、このような選択が一層有利になる。本発明自己操向鉄道ボギーは、２個の対向するレールを有する鉄道の軌道上を走行する自己操向鉄道ボギーにおいて、それぞれ両側に１対の車輪を有する１対の車軸組をボギーの各端部に設け、独立して車軸上に回転可能に各車輪を構成し、一方の車軸組が他方の車軸組に対し、また前記軌道の中心線に対し変位する際、前記他方の車軸組の車輪に対し前記一方の車軸組の一方の車輪が上昇し他方の車輪が下降して前記一方の車軸組が前記他方の車軸組に対し傾動するよう少なくとも前記一方の車軸組の車輪の周縁の輪郭を構成し、更に一方の車軸組、又は両方の車軸組を操向するよう前記傾動に応動する手段を具えることを特徴とする。好適には、各車輪の車軸の軸線を軌道の中心に向け下方に傾けると共に、軌道に接触する各車輪の周縁の輪郭も軌道の中心に向け下方に傾けて構成し、他方の車軸組に対する一方の車軸組の傾動に応動する上記手段をリンクによって車軸に連結すると共に、車軸組の各車輪がその下のそれぞれのレールの中心線に配列される傾向を生ずるように各車軸組を操向するよう上記手段を構成配置する。次に簡単に説明する添付図面を参照し、本発明の性質と、改良に至るまでに考慮した点と、例としての多数の実施例とを説明する。図面の簡単な説明第１図は本発明の第１実施例のボギーの平面図である。第２図は第１図のボギーのＡ−Ａ線に沿う一部断面の端面図である。第３図は第１図のボギーの側面図である。第４図は第１図のボギーのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。第５図は本発明の第１実施例と第２実施例とに適用できる車軸組の線図的全面図である。第５ａ図は第５図の丸で囲んだ部分の部分拡大断面図である。第５ｂ図は第５ａ図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。第６図は本発明の第１実施例のボギーの旋回中の線図的平面図である。第７図は第６図の前部車軸組と後部車軸組との重ねた線図である。第８図は本発明の第２実施例の平面図である。第９図は第８図のＤ−Ｄ線に沿う一部を断面とする図である。第１０図は第８図に示すボギーの側面図である。第１１図は本発明の第２実施例によるボギーの線図的図面である。第１２図は第８図のＥ−Ｅ線に沿う操向移送箱の断面図である。第１３図は第１２図のＦ−Ｆ線に沿う断面平面図である。第１４図は第１３図のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。第１５図は軌道のカーブの方向の（カーブの接線の方向に見た）枢着車軸組の線図である。第１６図は本発明ボギーの線図的（上から見た）平面図である。第１７図は本発明ボギーの線図的（側面）図である。第１８図は枢着線に沿う枢着車軸組の線図である。第１９図は直進位置にあるボギーの線図（側面図）である。第２０図はＶの方向に沿う枢着車軸組の線図（前面図）である。第２１図は第１５図の線図的拡大詳細図である。発明を実施するための形態第１図〜第４図は主本線鉄道に適用する本発明の第１実施例により製造したボギーを示す。このボギーはいずれの方向にも作動するように設定することができるが、図示の状態では矢印１、即ち右に作動している。車輪２、３により第１車軸組立体４の一部を形成し、車輪５、６により第２車軸組立体７の一部を形成している。第１、第２の車軸組立体４、７を９、８において縦ビーム１０に枢着し、車体１３（一部を図示する）の下側に縦ビーム１０自体の中心点１１を枢着する。この中心点１１にゴム緩衝ブッシュを設け、ボギーと車体１３との間に側方力と縦方向力とを伝えると共に、両者間が自由に垂直に移動できるようにする。このボギーを１の方向に作動させている間、後に説明するように第２車軸組立体７の枢着点８をロックし、第２車軸組立体７と縦ビーム１０とを１個の一体の部材として作用させる。車軸組立体４（第２図参照）が具える車輪２、３を短軸１４、１５に支承する。短軸１４、１５をクロスビーム４７の両端にボルト締めして外方に突出させ、ばね１６、１７、１８、１９、及び衝撃緩衝装置２２０、２２１のための取付け体にする。これ等ばね及び衝撃緩衝装置は車体１３の下側に取り付けられており、カーブでこのボギーが回転できるようにしている。短軸１４、１５の軸線４８、４９はボギーの中心に向け下方に傾斜している。ブレーキディスク２２（第２図に断面を示す）とブレーキ装置２３、２４とを車輪２、３に設ける。第１枢着組立体２５（第４図参照）を枢着軸９に設置する。この枢着組立体２５は縦ビーム１０に取り付けたブラケット２６と、支承部２７と、クロスビーム４７に担持した枢着ピン２８とから成る。枢着ピン２８を或る小さな角度２９だけ垂直線に対し傾けて示す。図示しない他の実施例では、この角度を大きくする。支承部２７に弾性材料を組み込ませ、枢着ピン２８上で若干軸線方向に移動できるが半径方向には十分剛固になるようこの支承部２７を配置する。車軸組立体４にブレース３０を担持し、このブレース３０にエスケープ部材３１を設ける。橋絡部材３２に設けた衝合部によって縦ビーム１０に対する車軸組立体４の最大回転角度を限定する役割と、掛金３３を作動させた時、枢着軸９の周りに車軸組立体４が回転するのを防止する役割とをエスケープ部材３１が果たす。第１図に示すように、エスケープ部材３１に設けた切欠３４から掛金３３を外すと、通常約２度のような或る小さい角度だけ枢着軸９の周りに車軸組立体４を回動させることができる。縦ビーム１０に担持したピン４４、４３の周りに掛金３３、３５を回動できるようにし、これ等掛金３３、３５の外端をリンク４５によって連結する。縦ビーム１０に枢着した空気シリンダ４６をピン１９０によって掛金３３に連結し、ボギーの移動方向に応じて掛金３３、３５を交互に掛合、離脱させる。図示しない他の実施例では、これ等掛金を作動させる他の手段を使用することができる。第２車軸組立体７は全ての態様において第１車軸組立体４に類似するが、相違するのは、図示のように掛金３５がエスケープ部材３６に掛合していると、図示のように掛金３３がエスケープ部材３１から離脱していることである。ボギーの進行方向が逆であると、即ち矢印１と反対方向であると、掛金３３が掛合し、掛金３５が離脱している。ボギーの作動のここでの説明では、第１図に示す方向に作動している時、第１車軸組立体４を前部車軸組立体と称し、第２車軸組立体４を後部車軸組立体と称する。車輪５、６への独立した曲がり歯傘歯車駆動装置３７、３８を設け、車体１３の下側に取り付けた電動機（図示せず）に連結した駆動軸４１、４２から、撓み継手によって曲がり歯傘歯車駆動装置３７、３８を駆動する。車輪を別個に回転駆動するこの方法は良く知られている。このボギーの操向方法を第５、６、及び７図に付き説明する。第５図にレール５０、５１上を移動する第１車軸組立体を示し、短軸１４、１５の軸線４８、４９の傾斜に見合うように水平線に対し等しい角度５５で傾斜支持体５３、５４によって枕木５２上にレール５０、５１を支持している。レール５０、５１のヘッドの中心と、車輪３、２の中心平面とを通り垂直線に対し等しい角度５５に引いた線５８、５９は、車体１３、車軸組立体４、及びレール５０、５１の中心線平面上で、点６０で交差する。便宜上、車軸組立体４について仮想車軸線６９を参照することができ、この仮想車軸線６９は、それぞれ線５８、５９に合致する車輪３、２の中心平面と、短軸の軸線４８、４９との交点を結ぶ線である。第２車軸組立体７の場合のこれに相当する仮想車軸線は仮想車軸線７０である。重心の縦軸線の中心、即ち重心６１を有する車体、及びボギーがその重心に作用する水平力５７を受けたとしても、例えば、旋回中の遠心力、又は軌道が偏っていることに起因する横慣性反力をを受けたとしても、点６０と６１とが合致していれば、車体、及びボギーにはローリングの傾向は加わらない。このような力は、車輪と、レールとの間の接触点に作用する垂直力６２、６３を単に増大させ、又は減少させるのみである。コニシチィの原理を使用した従来のボギーでの同じような状態においては、このような側方の力は、横転動摩擦力によって支えられ、車輪のフランジ６４、６５がレール５０、５１の側部に接触することに相当する接触によって多くの場合支えられている。しかし、車輪の軸線を傾斜させる幾何学的形状による多くの利益を得るために、交差点６０をできるだけ重心６１の方に低くする必要はない。その他の利点は車輪とレールとの間の接触の性質に関する。車輪がほぼ円筒形であり、レールのヘッドがほぼ平坦であると、その接触帯域は大きく、本質的に長方形である。転動中には摺動接触の要素はない。摺動接触が必然的に生ずるのは、従来のコニシチィの原理による車輪組で生ずるように円錐形の車輪が直線上での転動を拘束された時であり、摺動接触を除去すれば車輪とレールとの間の把持力が実質的に増大する。水平線に対し角度を設ければ法線力が増大し、更に把持力が増大する。常時存在する摺動成分を無くすれば車体の転動抵抗を実質的に減少させることができる。更に、フランジの接触が起きている場合には、レールと車輪とが標準の幾何学的形状である時に比較し、車輪が持ち上がる傾向、即ち脱線する傾向が少ない。第５ａ図、及び第５ｂ図に一部示すように、車輪３のフランジ６４の面１８２が接触帯域で殆ど垂直であり、面１８２が円錐形であり、短軸の軸線４８の直ぐ下にある垂直面ＸＸ内に接触が生じ、レールが標準の幾何学的形状である場合に存在するフランジの接触の剪断成分を避けることができる。その代わりに、フランジの接触が起きると、接触力の接線方向成分は車輪の転動半径より一層大きな半径に作用する。この因子は、枢着ビーム前車軸の欠点として見られているもの、即ちレール上の障害物によって車軸が限界（例えば２度）まで偏向する傾向に打ち勝つのに重要である。このようにして、フランジの接触は必要な復帰力を発生し、この場合、車軸を軌道の方向に再配列する。この復帰力は従来の車輪組の場合でも存在するがその程度は小さく、同一の状態で遥に効果が少ない。これは、車輪間の連結が剛固なためで、一方、独立車輪の場合には復帰力が非常に有効である。第６図は中心線６６と旋回中心６７とを有する軌道のカーブを通過する時のボギーの平面図である。最初に述べたように、ボギーを方向１に移動させる時、縦ビーム１０に対する中心位置に掛金３５（第１図参照）によって後部車軸組立体７を保持するから、ここでは後部車軸組立体７を単一部材として示す。一方、前部車軸組立体４は傾斜枢着軸９によって生ずる操向力の作用を受けて自由に回転する。このような旋回が開始されると、第６図に示すボギーの安定した方向が達成されるまで、前輪２、３は直線を進行し続ける傾向があり、従って車軸組立体４は外方に動き、後部車軸組立体７は軌道中心線６６の内方に動く。必要なら、レール５０、５１の間隔をカーブの位置で僅かに増大し、ボギーが方向を転じられるようにする。第７図においては、第６図に示す軌道のそれぞれの部分に沿って見た後輪５、６に対し相対的に前輪２、３を中心線５６に関し重複して示す。仮想車軸線６９、７０の中点を７１、７２として示すが、これ等中点７１、７２は軌道中心線５６のそれぞれ外側と内側とにある。カーブに入ると、捩じり角７３がボギーの前部車軸組立体と後部車軸組立体との間に生ずるが、この捩じり角は後部車軸組立体７に対して角度７４（第６図参照）にわたる前部車軸組立体４の回転によって生ずる。本明細書に後に説明するように、枢着軸９の垂直線に対する必要な傾斜角２９を計算するが、この傾斜角２９によって捩じり角７３が操向角と称する回転７４を発生し、しかも仮想車軸線６９、７０の軸線は平面図で見て旋回中心６７に収斂するように傾斜角が計算される。本発明の第１実施例も例えば軽便鉄道システムにおけるように小形の自動化車輌のボギーに適切であり、この場合、非常に急なカーブにも適用できること、及び同時にカーブで鋼製レールに鋼製車輪のフランジが接触することに関連する騒音を避けることが重要である。一般に、このような小形の車輌は一方向のみに作動することが要求される。車輌が軽量であるから、各ボギーは前部車軸組立体である１対の負荷支持車輪のみを必要としており、これは車体の下側に取り付けた電動機から自在継手を通じて駆動される差動装置を組み込むことができる。また電動機に制動装置を取り付け、これにより対向する車輪に加わる駆動トルク、又は制動トルクにおける差によって生ずるいかなる回転作用をも防止する。垂直に弾発する枢着軸を介して、車体の下側に前部車軸組立体を直接枢着する。前部車軸組立体に傾斜軸に枢着したフレームによって、軌道に掛合する２個の小形の傾斜車輪を担持し、第１実施例で説明したのと同様に前輪に操向信号を提供する。第８図〜第１４図に示した本発明の第２実施例では、このシステムは第１実施例につき説明したものとほぼ同様に作動し、主本線鉄道に主に適しているが、全く相違する機構を使用している。この第２実施例は、最初の実施例の場合よりも非反発性が一層低い質量に備えており、機構は一層複雑であるが、恐らく高速列車に一層良く適合されている。この実施例では、前後の車軸ビームに対をなして取り付けることをせず、全ての４個の車輪を独立して操向させる。第１実施例の場合におけるように、このボギーを両方向に作動させることができるが、第８図に示す場合は、矢印１の方向に右に作用させている。第９図に車輪２８２について断面で示すように、車輪２８１、２８２、２８３、２８４を短軸に支承し、これ等車輪はそれぞれの短軸の対応する軸線と、それぞれ符号２８５、２８６、２８７、２８８で示した車輪支承部とを有する。全ての車輪、及び車軸は（右、左の相違を除いて）同一であり、車輪２８２とそれに関連する短軸８９とに関する次の説明は全部の４個の車輪の代表である。第９図に示す前部車軸の構成配置について考えると、軸線２８５、２８６は第２図、及び第５図の軸線４９、４８に相当する。第９図に示す直進位置において、レール９１、９２の中心線を通る車輪２８２、２８１の平面９３、９４は第５図の線５８、５９に相当しており、これ等平面９３、９４はそれぞれの軸線２８６、２８５と点９３ａ、９４ａで交差している。これ等点９３ａ、９４ａを結ぶ線９５ａは第５図の仮想車軸線６９に対応する「仮想車軸線」となる。前部短軸８９を外方に延長して垂直枢着ピン９６に交差させる。この構成は通常、キングピンステアリングと称し、自動車を操向するために使用するものである。垂直枢着ピン９６の軸線を下方に延長し、車輪８２に接触するレール９１のヘッドの接触区域の中心で、このヘッドに交差させるのが好適である。このようにして、自動車のプラクチスにおいて良く知られている幾何学的形状により、車輪を操向するのに必要な力を絶対最小値に減少させる。言い換えれば阻止作用によって車輪に伝導することができる力を絶対最小値に減少させる。枢着ピン９６を弾性ブッシュ９７、９８内に側部フレーム部材９９に支承し、この側部フレーム部材９９を１００、１０１に示すように延長し、弾性ブッシュ９７、９８のためのハウジングを提供する。枢着ピン９６に拡大テーパヘッドを設け、これにより弾性ブッシュ９７を介して、垂直力と側方力とをフレーム部材の延長部１００に伝える。キャリパ式ディスクブレーキ１０６のための取付け部を短軸８９に設ける。このキャリパ式ディスクブレーキ１０６は第１図に示すブレーキに類似するが、相違するのはブレーキ１０６を短軸８９に枢着するのに対し、第１図ではブレーキを車軸組立体４に枢着している。操向アーム１０４ａのための内側付属装置１０２、外側付属装置１０３を短軸８９に設ける。この操向アーム１０４ａによって枢着ピン９６の軸線９６ａの周りに車輪２８２を操向させる。操向アーム１０４ａによってタイロッドボール継手１０７を担持し、車輪２８１に関連する操向アーム１０５ａに同様に取り付けたタイロッド１０８ａのための連結部をタイロッドボール継手１０７によって提供する。枢着ピン９６の軸線９６ａとボール継手１０７の軸線とに通る線１８０は、それぞれ車輪２８４、２８３に関連する枢着ピンの軸線９６ｂ、９６ｃを結ぶ線上でボギーの中心線と交差する。これ等はアッカーマンの幾何学形状と称する広く使用されている自動車操向幾何学形状にすべて類似する。このように構成することによって、カーブにおいて、第１図におけるようなビーム車軸操向構成において正に生ずるのと同一点で、確実に全ての車輪の軸線が交差する。衝撃緩衝装置１１０を設け、車輪２８１、２８２、２８３、２８４の望ましくない回動運動を減衰させることができる。操向アーム１０４ａに延長部材１１１ａを設け、この延長部材を操向移送箱１１２内に入れる。これに対応して車輪２８４に関連する操向アーム１０４ｂに対応する延長部材１１１ｂを設ける。従って、次に説明するように、操向移送箱１１２によって、タイロッド１０８ａ、１０８ｂ、及びその延長アーム１１１ａ、１１１ｂを通じて全ての４個の車輪を制御する。本発明の第１実施例の正面図である第２図を第２実施例の対応する図面である第９図に比較すれば、短軸の軸線４８、４９は短軸２８５、２８６に正確に対応し、車輪２、３は車輪２８１、２８１に対応し、仮想車軸６９は仮想車軸９５ａに対応していることは明らかである。従って、２個のボギーのホイールベース、及びその他の状態が同一であれば、第２実施例の場合に、所定のカーブでは、前部仮想車軸線と後部仮想車軸線との相対傾斜角、いわゆる捩じり角７３は同一である。第１実施例においては、この相対傾斜角を使用し、枢着点９の傾斜により前部車軸組立体４を操向させている。第２実施例において、仮想車軸線の同一の相対傾斜を使用してボギーを操向する方法を第１１図に示し、この場合ボギーの前部から見て、仮想車軸線９５ａが縦軸線１０９の周りに反時計方向に回転し、これに反し仮想車軸線９５ｂが反時計方向に回転することは明らかであり、これは第１実施例について説明したようにボギーの旋回に起因し、レール９１、９２の傾斜ヘッド上で、車輪２８１、２８４が上昇し、車輪２８２、２８３が下降する結果である。従って、右側から見る時、側部フレーム部材９９が側部フレーム部材１１３に対し時計方向に回転する。側部フレーム部材１１３に一体にクロスフレーム部材１１４を形成し、このクロスフレーム部材をボギーを横切って延在し、このクロスフレーム部材にボルト締め延長部１１４ａを設け、第１２図に示すように延長部１１４ａを側部フレーム部材９９に貫通し、この側部フレーム部材９９に支承する。操向移送箱１１２を側部フレーム部材９９に取り付け、柱１１５をクロスフレーム部材１１４に合体し、角度１１６に示すように、柱１１５とクロスフレーム部材１１４との間に相対回転が生ずるようにする。角度１１６の大きさは、軌道幅をボギーのホイールベースで割った値を仮想車軸線９５ａ、９５ｂの相対回転角（第１実施例の第７図の角度７３に等しい）に掛けた値に等しい。第１実施例の第１図、第４図に示す枢着軸１１の類似物である枢着軸１１ａをクロスフレーム部材１１４に設け、車体１３ａの下側に取り付けた柱１２ａ（第９図参照）にボギーからの側方力、縦方向力を伝えるのに枢着点１１ａが役立つようにする。第１２図、第１３図、第１４図に操向移送箱を示し、角度１１６（第１１図参照）と操向前車輪２８１、２８２とによって示すように、軌道のカーブの中心に収斂する適切な角度で、側部フレーム部材９９の相対回転に応動することがこの操向移送箱の機能である。第１４図において、シールされた開口を通じて操向移送箱１１２内に延長部材１１１ａ，１１１ｂを延長し、これ等開口に衝合部１８１（４箇所）を設け、極端な負荷状態でも、操向アームの移動を約１と１／２度まで限定する。操向延長部材１１１ａ、１１１ｂに端部が開いた溝孔１１７ａ、１１７ｂを設ける。この溝孔は頂部と底部とに僅かにテーパになった面を有し、この面はベルクランクレバー１１９の僅かに円錐形の一体ピン１１８ａ、１１８ｂに緩みなく掛合し、また代わりの位置において操向移送箱１１２に固着した同じく僅かに円錐形のピン１２０ａ、１２０ｂにも掛合させる。第１実施例のビーム車軸の構成のように、第１４図に示すように、ボギーは右に動いており、前部操向アーム１０４ａは作動可能であり、一方、操向アーム１０４ｂはロックされている。延長部材１１１ａ，１１１ｂの必要な上下動を揺動レバー１８３によって行う。即ち、空気シリンダ（図示せず）によって揺動レバー１８３を作動させて、ばね負荷プランジャ１２１ａ、１２１ｂの作用に抗して上昇ピン１８４ａ、１８４ｂを作動させ、それぞれの延長部材を上昇させる。ベルクランク１１９をピン１２２に枢着し、このベルクランク１１９を延長して球状ボール継手１２３を収容し、レバー延長部１８５の円筒下端をこの継手１２３内で摺動させる。クロスヘッド１２６内のピン１２５に支承した過負荷釈放レバー１２４にレバー延長部１８５を取り付ける。操向移送箱１１２の円筒垂直円筒部の中心にクロスヘッド１２６を密嵌し、螺旋ばね１２７によって、クロスヘッド１２６を強制的に下方に押圧し、従って過負荷釈放レバー１２４とその戻り止め歯１２８とを強制的に戻り止め切欠１２９に掛合させる。この戻り止め切欠１２９は柱１１５に取り付けたピン１３０の突出端に設けられている。ここで、ピン１２５とクロス部材１１４の軸線１８６との間の距離１３２を選択するのに関連して、ピン１２５、１３０間の距離１３１を選択し、その結果、第１１図の角度１１６で示す側部９９、１１３の回転角の僅かな相違を通常１０倍に拡大し、レバー１８５を角度回転させる。この構成の目的は、一般に±１度を越えることがない角度１１６の僅かな相違を重大な損失なく拡大することであり、この目的のため、全ての支承部を緩みの無い状態に嵌着する。この機構が軌道上の車輪の旋回のために発生する高負荷を受けるか、側部フレーム部材に加わる側方力のために発生する高負荷を受けると、このような緩みの無い嵌着は劣化する。操向アームに生ずる高負荷の場合には、このような負荷は衝合部１８１によって分離される。側部フレーム部材の回転中に生ずる過剰負荷に関しては、操向移送箱１１２上の衝合部１３４に接触する柱１１５上に設けた衝合部１３３によってこのような負荷は分離される。車輪を操向するために必要な力は上述のように発生する力のほんの数分の１に過ぎなく、従って操向移送箱の機構に生ずる摩耗は多くない。この機構を潤滑する手段と、塵埃の進入を防止する手段とを設ける。ばね１８７、１８８をそれぞれの側部フレーム部材９９、１１３上の座上に設ける。第１実施例では若干の車輪のための駆動装置を図示し、第２実施例ではそのような駆動装置を図示しなかったが、両方の実施例について、いずれかの車輪のための駆動装置を設けても設けなくともよい。第１実施例、及び第２実施例では、車輪を操向する機械的手段によって前部車軸と後部車軸との間の傾きを伝達し、採用したが、図示しない他の実施例では、電気的手段、電子機械的手段、液圧手段、空気圧手段のような他の手段を使用することができる。ボギーの設計に本発明を適用するため、構造上の種々のパラメータを計算する必要がある。これに加えて、必要な計算を行うガイドを線図的図面である第１５図〜第２１図を参照して以下説明する。第１６図は平均半径Ｒのカーブを回るボギーの平面図である。車輪は狭いディスクとして示されており、この車輪は車輪とリムとの軸線中心に位置し、車輪の中心７７、７８、７９、８０を有する。レールの直線部を走行する時は、これ等ディスクは或る距離、即ち距離８５のように示した（Ｔとしても示した）軌道のレールヘッドに接触する。レールのカーブの部分を走行する時は、この距離は一層大きな距離８６になる。これは、第１６図に示したボギーの角度をなす配置に起因する。実際上、レールヘッドの中心は第１５図〜第２１図、及び次の式から決定することができ、軌道の直線部における最小値８５と、最少軌道半径によって決定される最大値８６との間で変化する。中心点７７と８０とを結ぶ線、及び中心点７８と７９とを結ぶ線は「仮想車軸線」として表され、点８１、８２は車軸の中心点である。この図面の前部車軸と後部車軸とはレールのカーブの中心８４に角度γで収斂する。レール上を転動する鋼製車輪は車輪の平面内に正確に転動する瞬間方向を有することは良く知られている。従って、第１６図の点７７、８０、８４、及び点７８、７９、８４は直線上にある。これを計算する目的で、後部車軸は水平であり、前部車軸は水平線に対しθだけ傾いているものと仮定する。実際上は、後部車軸は前部車軸に対し反対方向に傾いているが傾斜角θの全体の相対角は同一である。図面では角度θを著しく誇張して示す。第１５図は、第１６図の７８、８４を結ぶ線に垂直な矢印Ｙの方向に見た図である。この図面では、７８、７９を結ぶ仮想車軸線は水平線に対し角度θだけ傾いて見えており、７８、７９間の距離は仮想車軸線の真の長さＡである。両方の前輪と、傾斜したレールのヘッドの頂面とが第１５図に示されている。これ等レールのヘッドの頂面は水平面に対しλだけ傾いている。第２１図に一層詳細に示すように、点ｔから点７８までの鎖線、及びその延長線、及び点ｔから点７９までの鎖線、及びその延長線は、θが変化する際の車輪の中心の軌跡である。軌道の中心からの点８２の移動量はＱで示されている。操向角が大きい場合でも、８２の垂直位置は本質的に変化しない。Ｈ、及びＩは垂直平面、及び水平平面内の車軸の投影長さである。第１７図は第１６図に示すボギーの側面図である。後部仮想車軸線７７、８０と前部仮想車軸線７８、７９とをそれぞれの中心点で互いに接近するよう延長し、これ等延長線を垂直線に対し角度αだけ傾斜する軸線の周りにＺにおいて蝶着する。第１８図は第１７図をｘの方向に見た図である。この図面では、寸法Ｅは先行アーム８２、８３の真の長さを表しており、７８、７９は仮想車軸線の真の長さＡ（第１６図に示すように）を表している。第１９図は直線上を操向する時のボギーの側面図である。寸法Ｃ、Ｄは枢着線の位置を示しており、αはその傾斜角である。寸法Ｎは点８７における枢着線のレールレベルとの交差点を示している。第２０図は第１７図をＶの方向に見た図である。寸法Ｈは第１７図、及び第２０図と共通な前部「仮想車軸線」（点７８、７９）の両端間の垂直方向のずれを示している。第２１図は第１５図の拡大図であり、前部「仮想車軸線」の仮想中立位置からの変位を示している。この「仮想車軸線」は距離Ｑだけ側方に移動（点８２ａの点８２へのずれ）し、次に角度θだけ回転するものと仮定している。「仮想車軸線」の両端（点７８、７９）はレール表面に平行な直線に沿って移動するものと仮定する。この仮定は角度θが通常非常に小さいので正しいものと考えられる。「仮想車軸線」の両端７８、７９の側方のずれはそれぞれＱＲ、ＱＬで示している。車輪の半径Ｒｗは車輪のレールとの接触点２０ａと「仮想車軸線」７９ａの端部との間の距離として示される。枢着線の設計方法次の寸法が与えられているか、又は与えられた寸法から次の寸法を計算することができる。点８１、及び８２ｂ間の距離であるホイールベース（Ｂ）（第１９図参照）レール上反角（λ）（第１５図、及び第２１図参照）車輪半径（Ｒｗ）（第２１図参照）車輪とレールとの接触中心間距離（Ｔ）、距離８５（第１５図、及び１６図参照）軌道の中心（２本のレールの中心）の曲率半径（Ｒ）、点８１、８４間の距離（第１６図参照）計算すべき寸法は次のとおりである。枢着線の傾斜角（α）（第１７図参照）先行アーム長さＥ（第１８図参照）後部車軸線から前方の点８３までの距離（Ｃ）と、後部車軸線から下方の点８３までの距離（Ｄ）とによって定まる枢着線位置、又は代わりに点８７におけるこの枢着線とレールラインとの交点によって定まる枢着線位置（前輪とレールとの接触点２０ｂからの距離Ｎ）（第１９図参照）前部車軸オフセット距離（Ｑ）（第１６図、第２１図参照）枢着線の回転角（β）（第１８図参照）計算方法操向ゲイン（Ｇ）の確定レールからボギーに与えられる捩じりによって生ずる操向量の捩じりに対する比をゲイン（Ｇ）で表す。これは次のように定義される。ゲイン（Ｇ）＝操向角（γ）／捩じり角（θ）用途に応じ、Ｇを１と８との間の値にすることができる。ゲインの適切な設計値は特定の用途について選択すべきである。操向角（γ）の計算近似値γ＝２ arc sin（Ｂ／２Ｒ）これを正確であると仮定し γ＝２ arc sin（Ｂ／２Ｒ）・・・・１式捩じり角（θ）の計算ゲインの定義から θ＝γ／Ｇ・・・・２式「仮想車軸線」の長さ（Ａ）の計算（第２１図参照）Ａ＝Ｔ−２Ｒｗ sinλ・・・・３式オフセット距離Ｑの計算（第２１図参照）三角関数の法則を使用しｂ／sin（λ−θ）＝Ａ／sin （180−2λ）ｂ＝Ａ sin（λ−θ）／sin（180−2λ）ｂ＝Ａ sin（λ−θ）／sin２λ・・・・４ａ式三角関数の法則を使用しａ／Sinλ＝Ａ／sin（180−2λ）ａ＝Ａ sinλ／sin（180-2λ）＝Ａ sinλ／sin２λ・・・・４ｂ式三角関数の法則を使用しｃ／sin（λ＋θ）＝Ａ／sin（180−2λ）ｃ＝Ａ sin（λ＋θ）／sin（180−2λ）ｃ＝Ａ sin（λ＋θ）／sin２λ・・・・４ｃ式左側車輪のオフセットＱＬ＝（ａ−ｂ）cos λ ＱＬ＝Ａ cosλ（sinλ−sin（λ−θ））／sin２λ・・・・４ｄ式右側車輪のオフセットＱＲ＝（ｃ−ａ）cosλ ＱＲ＝Ａ cosλ（sin（λ＋θ）−sinλ）／sin２λ・・・・４ｅ式中心のオフセットＱ＝１／２（ＱＬ＋ＱＲ）Ｑ＝Ａ cosλ（sin（λ＋θ）−sin（λ−θ））／２sin２λ Ｑ＝Ａ cos² λsinθ／sin２λ・・・・５式注意：通常はθの値は小さく、Ｑ、ＱＬ、ＱＲの値間の変化は０．５２を越えない。ｉの計算（第１６図参照）三角形８４、８１、８８からＲ＝（Ｒ＋Ｑ＋ｉ／cosγ）cosγ ｉ＝Ｒ−（Ｒ＋Ｑ）cosγ・・・・６式枢着線の傾斜角αの計算（第１７図参照）Ｈ＝Ａ sinθ・・・・７ａ式Ｉ＝Ａ cosθ・・・・７ｂ式Ｊ＝Ｉ sinγ・・・・７ｃ式 α＝arc tan（H/J）＝arc tan（tanθ／tanγ）・・・８式注意：近似値の解でよい場合は、arc tan（1/G）をαの実際上の近似値として使用することができる。枢着線の回転角βの計算（第１８図参照）Ｍ＝Ｈ／sinα＝Ａ sinθ／sinα・・・・９式 β＝arc sin（M/A）＝arc sin（sinθ／sinα）・・・・１０式先行アームＥの計算（第１８図参照）Ｅ＝ｉ／sinβ・・・・１１式枢着線の位置Ｄ、及びＣの計算（第１９図参照）Ｄ＝Ｅ sinα・・・・１２式Ｃ＝Ｂ−（Ｅ cosα）・・・・１３式枢着線とレールレベルとの交差線Ｎの計算（第１９図参照）Ｎ＝Ｂ−Ｃ−（Ｒｗ cosλ−Ｄ）tanα・・・・１４式Ｎ＝Ｅ cosα−（Ｒｗ cosλ−Ｅ sinα）tanα・・・・１５式上述の本発明の実施例は、種々の態様において広く構成された本発明の好適な実施例の例として記載したものである。ここに説明した特定の実施例に示された本発明にその発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を加え得ることは当業者には明らかである。従って、ここに記載した実施例は、例示に過ぎず、全ての態様において本発明を限定するものでない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．２個の対向するレールを有する鉄道の軌道上を走行する自己操向鉄道ボギーにおいて、それぞれ両側に１対の車輪を有する１対の車軸組をボギーの各端部に設け、独立して車軸上に回転可能に各車輪を構成し、一方の車軸組が他方の車軸組に対し、また前記軌道の中心線に対し変位する際、前記他方の車軸組の車輪に対し前記一方の車軸組の一方の車輪が上昇し他方の車輪が下降して前記一方の車軸組が前記他方の車軸組に対し傾動するよう少なくとも前記一方の車軸組の車輪の周縁の輪郭を構成し、更に一方の車軸組、又は両方の車軸組を操向するよう前記傾動に応動する手段を具えることを特徴とする自己操向鉄道ボギー。２．各車輪の車軸の軸線を前記軌道の中心に向け下方に傾けると共に、前記軌道に接触する各車輪の周縁の輪郭も前記軌道の中心に向け下方に傾けて構成し、前記他方の車軸組に対する前記一方の車軸組の前記傾動に応動する前記手段をリンクによって前記車軸に連結すると共に、前記車軸組の各車輪がその下のそれぞれのレールの中心線に配列される傾向を生ずるように各前記車軸組を操向するよう前記手段を構成配置した請求の範囲１に記載の自己操向鉄道ボギー。３．前記輪郭が円筒形である請求の範囲２に記載の自己操向鉄道ボギー。４．前記車輪と前記レールとの間の接触面を通りこの接触面に垂直な線が前記ボギー、及びその上に支持する車体の重心の高さに近い高さで交差するよう構成した請求の範囲１に記載の自己操向鉄道ボギー。５．前記車輪と前記レールとの間の接触面を通りこの接触面に垂直な線が前記ボギー、及びその上に支持する車体の重心の高さよりも実質的に一層高い高さで交差するよう構成した請求の範囲１に記載の自己操向鉄道ボギー。６．前記車軸組の中心平面に位置し前記軌道の中心線の方向に垂直線に対し傾いた軸線の周りに前記車軸組の少なくとも一方を回動するよう構成した請求の範囲１に記載の自己操向鉄道ボギー。７．前記車軸組の中心平面に位置し垂直線に対し傾いた軸線の周りに両方の前記車軸組を回動するよう構成し、前記車軸組のいずれかをその軸線の周りに回転しないよう固着する手段を設けた請求の範囲６に記載の自己操向鉄道ボギー。８．それぞれの前記車軸組の両端に配置した各対の車輪の操向軸線の周りに各車軸を枢着し、前記ボギーの同一側の各対の車軸の前記枢着線を縦方向に延在する側部フレーム部材によって相互に連結し、前記ボギーを横切る共通軸線の周りに前記側部フレーム部材を互いに相対的に回転可能に構成し、前記ボギーの対角線状に対向する２個の車輪の相対上昇と他の対角線状に対向する２個の車輪の対応する下降とによって前記側部フレーム部材の相対的回転が生ずるよう構成し、前記回転に応動する操向移送箱を設け、少なくとも１対の前記車軸を操向するよう配置したリンク手段に前記操向移送箱を連結した請求の範囲１に記載の自己操向鉄道ボギー。