JPS63258265A - 高速鉄道車両 - 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〕 本発明は鉄道車両に係り、特に、高速走行安全性を向上
した高速鉄道車両に関する。

〔従来の技術〕

近年、軽量化と乗心地向上のため、ボルスタ−（枕梁）
をなくし、高速走行時の不安定蛇行動を防止するために
台車の車体に対するヨーイング角変位を抑制するいわゆ
るヨーダンパを設けた台車が多く採用されるようになっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような鉄道車両が２００ｋｍ／ｈを越すよ
うな高速度で走行中にヨーダンパが故障し、所要のヨー
イング抑制作用を失なうと、不安定な蛇行動が発生する
可能性が大きい。

本発明の目的は、このような場合に、速やかに不安定な
蛇行動の発生を検出し、ヨーダンパに代る台車ヨーイン
グ抑制装置を動作させて、蛇行動を減衰させることによ
り、高速域の走行安全性を向上することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的は、車両の振動を検出する車両振動検出装置、
該車両振動検出装置の出力信号から不安定な蛇行動の発
生を判別する車両振動判断装置を設け、該車両振動判断
装置の出力により動作する電磁弁を車体台車間空気ばね
の空気取入口側配管内に設け、不安定な蛇行動が検出さ
れたとき前記電磁弁を動作させて空気ばね内圧搾空気を
排気させ、そのとき空気ばねに代って車体重量を支持す
る手段を設け、それは台車ヨーイング抑制装置の機能を
有するようにすることにより達成される。

〔作用〕

すなわち、車両振動検出装置及び車両振動判断装置によ
り不安定な蛇行動の発生が検出されると、該車両振動判
断装置は空気ばねの排気用電磁弁を動作させるための指
令を出力し該電磁弁を動作させる。それにより空気ばね
内圧搾空気が排気され、空気ばねに代って車体重量を支
持する手段に車体重量が加わる。それによってヨーダン
パに代る台車ヨーイング抑制装置が構成され、蛇行動を
安定化することができる。

１実施例〕 次に、本発明の一実施例の概略構成を第１図により説明
する。第１図で、よは車体、又は台車。

３はレールである。車体上２台車工学−間の２次ばねと
して空気ばね４が設けられており、車体上はこの空気ば
ね４により直接合車又に支持されたいわゆるボルスタレ
ス方式の台車である。このようなボルスタレス台車は、
ボルスタ付台車が持っているボルスタアンカと側受部の
摩擦よりなる台車ヨーイング抑制装置がないので、それ
に代るものとしてヨーダンパ５が、車体よと台車枠６の
間に設けられる。一般に、１１０ｋｍ／ｈ以上の速度に
おいてはヨーダンパ５がないと不安定な蛇行動が発生す
るおそれがあるため、最高速度１１０１ａｎ／ｈ以上の
車両においてはヨーダンパ５が通常設けられる。このヨ
ーダンパ５の取付部には、図示していないが適当な剛性
を有する防振ゴムが取付けられ、ヨーダンパ５としては
、速度に比例した抵抗力を発生するオイルダンパを用い
る場合と、抵抗力がある値に達すると抵抗力が飽和し、
それ以下の抵抗力では相対変位しないようにしたいわゆ
る・ロックシリンダを用いる場合がある。いずれの場合
にも絶対に故障しないとは云えず、もし故障すると抵抗
力がほぼ零となることが考えられる。もし２００ｋｍ／
ｈ以上の高速で走行中にヨーダンパが故障し抵抗力が零
となぎと不安定な蛇行動が発生する可能性が大きく、車
体の左右振動が大きくなり乗心地を害するばかりでなく
脱線の危険性も生ずる。本発明は、そのような場合に、
速やかに蛇行動を減衰させるものである。すなわち、車
体の左右振動を車両振動検出装置７により検出し、車両
振動判断装置８により不安定な蛇行動が発生しているか
どうか判断する６車両振動検出装置は、振動加速度セン
サ、増幅器、不必要な高周波振動を除去するフィルタよ
り構成され、積分器を用いて速度又は変位を検出するよ
うにしてもよい。車両振動判断装置８は、第２図のよう
にＡＤ変換装置、マイクロプロセッサ、ＤＡ変換装置よ
りなり、車両振動検出装置の出力をＡＤ変換装置により
ディジタル値に変換してマイクロプロセッサに入力し、
マイクロプロセッサにより振動が不安定な蛇行動による
ものかどうか判断する。次に１判断の方法について説明
する。

蛇行動は車軸踏面（レールに接触する部分）の勾配に起
因して生ずるもので、低車速では安定（減衰振動）であ
るが、速度が大きくなるにしたかって安定度が減少し、
ついには不安定な自励振動となる。振動モードは、左右
振動とヨーイングを主体としたもので、振幅が自動的に
増大し車輪のフランジがレールに接触するようになると
、一定振幅の振動を継続するようになる。振動数は車両
速度、車軸の摩耗の程度によって変化するが、それらは
数秒間では振動数に影響するほどは変化しないので、数
秒間の間は振動数は一定、すなわち周期が一定とみなす
ことができる。又、振動数は１七以上、１〇七以下と考
えてよい。

第３図は振幅がほぼ一定となったときの蛇行動による車
両振動の説明図である。振動が設定レベルΔＡを越した
瞬間から、次に再び設定レベルを越すまでの時間Ｔを周
期とし、１サンプリング周期（図では５秒としている）
内で順に求められる周期をＴＩ、Ｔ２．・−ＴＮとする
。又、車両振動が設定レベルを越したあとの極大値と極
小値の差Ａを振幅とし、１サンプリング周期内で順に求
められる振幅をＡ　ｉ　Ｉ　Ａ　ｚ　ｐ・・・Ａｓ　と
する。

第４図はマイクロプロセッサによる演算内容をフローチ
ャートで示したもので、先ずマイクロプロセッサの出力
信号Ｉｃが電磁弁９を動作させる値Ｅになっているかど
うか判別し、Ｅになっていれ゛ばＥを保持する。すなわ
ち不安定な蛇行動が発生したならば、リセットするまで
はＩｃをＥに保持しておく。ＩｃがＥでないとき（Ｉｃ
　＝Ｏのとき）には、周期Ｔｉ　、周期差ΔＴｔ、振幅
Ａｉ。

振幅差ΔＡ１を演算により求め、データ個数Ｎが５以上
であり、周期差ΔＴ１の最大値が設定値εＴ以下であり
、かつ振幅差ΔＡＩの最大値が設定値ε＾以下のとき不
安定な蛇行動と判断してＩＣ＝Ｅとし、その条件を満足
しないときは不安定な蛇行動ではないと判断しＩｃ＝Ｏ
とおく。同様の演算をサンプリング周期５秒毎に次々に
実施する。

データ個数Ｎの判別基準値を５とした理由は、１サンプ
リング周期を５秒とし、蛇行動の最低振動数を１七とし
たためで、サンプリング周期が変れば基準値も変える必
要がある。以上は、周期及び振幅がほぼ一定であること
を判別の条件とした例を示したが、１サンプリング周期
内で車両振動が設定レベルΔＡを越した回数Ｎが設定し
た基櫓値を越したことによって異常と判断してＩｃ　＝
Ｅとおくこともできる。

第１図の１０は元空気だめであり、この元空気だめ内の
圧搾空気は配管１２により高さ制御弁１１に導びかれ、
高さ制御弁１１の出力空気は配管１３によって電磁弁９
に導びかれる。電磁弁の共通ボートと空気ばね４の補助
空気室１４の間は配管工５でつながれている。電磁弁９
は第５図のごとくであり、ボートＮｏには配管１３をつ
なぎ、共通ポートＣＯＭに配管１５をつなぐ。したがっ
て、正常運転時、すなわち、電磁弁９の非動作時は配管
工３と配管１５がつながっており、空気ばね４の内圧は
空気ばねの高さが一定になるように高さ制御弁１１によ
って制御される（補助空気室１４と空気ばね４の内部は
連通孔２０によりつながっている。）。しかるに、不安
定な蛇行動が発生し車両振動判断装置８が信号１ｃ＝Ｅ
を発生すると、電極弁９が動作し、配管１５は排気口に
つながり、配管１３は閉じられるので、空気ばね４の中
の圧搾空気が排気され、車体上は空気ばねの中に設けら
れた上下ストッパにより支持される。

空気ばね４の内部構造を第６図に示す。図で１６は上下
方向防振ゴム、１７．１７’は前後方向防振ゴム、１８
は上側摺動板、１９は下側摺動板である。空気ばね内圧
搾空気を排気すると、空気ばね高さが下がり、上下摺動
板１８．１９が接触し面摺動板間に車体重量による上下
方向荷重が作用する。そのとき、台車枠６が車体上に対
してヨーイングすると、空気ばね４の位置では前後方向
（車両の進行方向）の相対変位を生じ、それに対して摺
動板１８．１９間の摩擦と前後方向防振ゴム１７．１７
’のばね力が抵抗力として作用する。すなわち、摺動板
１８．１９間・摩擦と前後方向防振ゴム１７．１７’　
が、摩擦とばねが直列的に連結された台車ヨーイング抑
制装置を構成し、蛇行動を安定化する作用をする。蛇行
動を抑制するには、防振ゴム１７．１７’　による前後
方向ばね定数を１空気ばね当たり５００　ｋｇ　ｆ　／
　ｗａ　〜１０００ｋｇ　ｆ　／　ｍｍの値にすること
が望ましく、通常の上下防振ゴム１６の横剛性だけでば
ばね定数が不足する。しかし、本実施例のように上下荷
重支持用の防振ゴムと前後方向用防振ゴムに分けて２種
の防振ゴムを設けることは必らずしも必要でなく、上下
用と前後用の両方を兼用する構造とすることも可能であ
る。

なお、第１図には台車の片側のみ示しているが、空気ば
ぬ４．ヨーダンパ５．電極弁９は１台車当たり左右両側
に各１個設ける必要がある。又、車両振動判断装置の出
力信号は、左右の空気ばねに設けた電磁弁に同時に与え
るものである。

以上のような構成であるから、ヨーダンパ５が故障して
不安定な蛇行動が発生すると、それを車両振動検出装置
７と車両振動判断装置８により速やかに検出し、空気ば
ね４に設けられた電磁弁９を動作させて空気ばね内圧搾
空気を排気して上下ストッパによって車体を支持する。

そうすると、その上下ストッパは台車ヨーイング抑制装
置の作用をして蛇行動を安定化することができる。

以上説明した実施例では、車体の振動を検出しているが
、台車枠６の振動を検出して本発明と同様のものを構成
することができる。又、空気ばね内部に設けられた上下
ストッパを利用する実施例を示したが、この上下ストッ
パは必らずしも空気ばね内に設ける必要はなく空気ばね
の外でもよく。

上下ストッパと兼用とせず、台車ヨーイング抑制装置を
別設し、その台車ヨーイング抑制装置は、空気ばね内圧
搾空気を排気することによって車体重量の一部を摩擦発
生部の押付荷重として利用することによって本発明と同
様のものを実現することができる。さらに、空気ばね内
圧搾空気を全部排気してしまわないで、異常振動がなく
なったら排気を止めることもでき、異常振動により電磁
弁を動作させたことを記録ないし表示することもできる
。本発明は、空気ばね内圧搾空気の排気により蛇行動を
安定化するので、構造が簡単であり信頼性が高く、低コ
ストとなる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、ボルスタレス方
式台車を用いた高速車両において、ヨーダンパが故障し
たとき、速やかに代りの台車ヨーイング抑制装置が作動
し、蛇行動を抑制できるので高速走行安全性が向上する
という効果がある。

そこで、軽量で、乗心地が良く、曲線旋回性能に優れ車
輪の摩耗が少ない等のボルスタレス方式台車の長所を生
かした高速車両を実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は車両
振動判断装置の概略構成図、第３図は不安定な蛇行動に
よる車両振動の波形説明図、第４図はマイクロプロセッ
サによる車両振動判断のための演算の一実施例のフロー
チャート、第５図は３ボート弁の説明図、第６図は空気
ばねの内部構造を示す断面図。 １　・−・車体、２　・・・台車、４・・・空気ばね、
訃、Ｉ−ダンパ、７・・・車両振動検出装置、８・・・
車両振動判断装置、９・・・電磁弁、１０・・・元空気
だめ、１１・・・高さ制御弁、１６・・・上下方向防振
ゴム、１７．１７’・・・前後方向防振ゴム、１８・・
・上側摺動板５１９・・・下側摺動板。 来′２−図 泉３日 塔ｌ＋図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車体を支持する空気ばね、蛇行動抑制用のヨーダン
   パを有するものにおいて、車両振動検出装置、車両振動
   判断装置、空気ばね排気用電磁弁、空気ばね排気時に車
   体重量を受け台車ヨーイング抑制機能を生ずる手段を設
   けたことを特徴とする高速鉄道車両。 ２、空気ばねパンク時の上下方向ストッパを、空気ばね
   排気時に台車ヨーイング抑制機能を有するものとした第
   １項記載の高速鉄道車両。