JPS6411509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各々の輪軸当たり車輪の回転数差が積
極的に調節可能な様式の、成形された踏面を有し
ている車輪を備えている鉄道車両用ボギー台車に
関する。

鉄道車両の場合、公知のようにとりわけボギー
台車フレーム内で側方に相対的に動き難く案内さ
れ、また著しく求心する転動面を有する輪軸を有
するボギー台車は、他の場合に好ましい運転特性
の場合でも特に高速の運転速度になると不安定な
運転となる傾向があり、載置してある車両フレー
ムの下のボギー台車は、その垂直軸線を中心にし
て急速かつ激しいヨーイングを行なう。

所定の臨界進行速度を超過した後にはボギー台
車は、側方への移動、すなわち横方向運動と結合
したヨーイングに陥り、この台車が更に進行速度
が増大する場合危険なジグザグ運転になるまでヨ
ーイングする。そのためホイールフランジがレー
ルへ当接し、従つて大きい運転支障ならびにホイ
ールフランジ、レールとその上部構造の著しい摩
耗を発生させる結果となる。たとえば通常のよう
に固定調整される回転抑制装置によつてこのボギ
ー台車の回転抵抗を適宜増大させることは比較的
安定した運転を可能にするが、しかし同時にこの
ボギー台車のカーブ走行円滑性を低下させる。フ
ランジの当接は、ボギー台車の回転が大きくなる
につれて回転抵抗が減少するような回転抑制器を
使用する場合にも完全には除去されない。このた
め更に運行速度が高くなつた場合ボギー台車の運
転安定性が低減される結果となる。しかしこれに
反して軌条に対する所定の位置へボギー台車を制
御する装置によつて上記のカーブ円滑性を改良で
きる。しかしこの種類の公知の装置は、定値効果
のためにこのボギー台車運転安定化の前述の目的
を果たすことができない。これらヨーイングおよ
び移動または横方向運動を防止するための適当な
解決法は、ホイールシヤフト上にルーズに回転自
在に支承したホイールを有する輪軸でも想到でき
ない。しかし、このルーズホイール装置は、共通
ホイールシヤフト上に取り付けられ、互いに固定
連結されるホイールを有する従来の固定式車軸付
ホイール対に較べて、この車軸付ホイール対の側
方移動時それらのホイールの異つている転動半径
のために不安定化する状態となる結果をもつホイ
ールとレールとの間の縦方向スリツプが生じ得な
いという長所がある。しかし自動求心機能がない
ために、いづれにせよ自動車の場合のように軌条
カーブでこの輪軸の定置を行なわせるために、高
価な調整または制御装置を必要とする。更に公知
のようにこのルーズホイール装置は、著しいホイ
ールリムの摩耗を必然的に伴う。

ヨーイングと側方移動または横方向運動の軽減
は、固定輪軸を有するボギー台車の場合それらホ
イールの転動面傾斜の縮少によつて可能である。
というのはそれらホイールのあり得べき転動半径
差と従つて上記差に左右される縦方向スリツプが
僅少となるからである。しかしこのため更にこの
ボギー台車へその垂直軸線を中心にして及ぼされ
るトルク（ヨーイングモーメント）の減少がもた
らされ、従つてカーブ走行円滑性がかなり損なわ
れる。というのは上記トルクがこの輪軸付ホイー
ル対から及ぼさされる案内動力の主成分であるか
らである。上記転動面傾斜またはホイールプロフ
イルの円錐性を縮少する場合、そのホイールプロ
フイルの比較的大きい転動面傾斜を有する輪軸に
較べてこの輪軸とそのボギー台車の運転を安定化
させることは、カーブ円滑性を悪化させ、上記大
きい転動面傾斜は、公知のように良好なカーブ円
滑性と比較的悪い運転安定性を備えるものであ
る。その他上記転動面の始めに特定されるプロフ
イルと無関係に、遅かれ早かれとにかく生ずる所
謂摩耗輪郭は、それらホイールの大きい転動半径
差の結果を生ずる。その後には原則上不安定状態
を予期せねばならない。

このことを考慮してそれらホイールの転動面の
摩耗状態と無関係に、上記輪軸のカーブ走行円滑
性または案内挙動を妨げることなく、この輪軸ま
たはボギー台車運転の安定化を確実にするという
問題が設定される。このためドイツ特許公開公報
第2259035号で記載されている軌条走行車輪の輪
軸のトラツク案内装置の３つの実施例においても
解決法が想到されず、これらの例の場合、軌条の
中心平面に対する輪軸の軸線中心点の位置が軸受
調整装置によつて積極的に影響され、調整装置の
調整部材が直接または間接的に輪軸へ働く。３つ
の実施例は総て、それらが総ゆる場合それら転動
面の円錐性に基づいてのみそのホイールに特定の
制御動作を改良できることが共通している。第１
実施例の場合固定またはルーズな輪軸にとつて上
記改良は、定置工程、即ち、ホイール対の垂直軸
線のまわりの回転によつてそれらホイールの転動
面従つて転動半径の有効円錐度の調整の結果を伴
つて達成される。とにかくこの輪軸の安定挙動を
制御するため極めて小さい回転だけが必要である
から、当該装置を実施するのは極めて困難であ
る。同様なことが第２実施例により提案されたそ
れらホイールの軸線方向偏位にも当てはまる。更
になおこの場合ホイールリム摩耗によるホイール
とレールの接触状態の変動の場合、上記装置の設
計にとつて推定されるホイール横移動とホイール
輪郭でのホイール直立点の移動との間の関係が最
早や存続しないという問題が設定される。従つて
この装置の精密な働きにとつて各ホイール直立点
が測定可能でなければならないがこのため当然測
定不可能になる。結局第３実施例に従う差動ギヤ
を介する回転数差の維持は、この例の場合各ホイ
ールが特別のホイールシヤフトでとりつけられて
駆動されておりまたそれぞれホイール対の両ホイ
ールシヤフトが差動ギヤを介して連結されている
ものであるが、それらホイールの有効円錐率を増
高するためにのみ貢献している。この車軸付ホイ
ール対の場合長時間運転の後摩耗輪郭が生ずると
直ちに、同様、そうでなくとも大きい転動半径差
の原因となる輪郭は、特定の回転数差によつて更
にその働きを増高し従つてこの車軸付ホイール対
は、確実に不安定化される。従つて３つの実施例
は、総て、その期待される働らきが正確な円錐転
動面を有するホイールの場合にのみ保証されるこ
とが共通する。摩耗輪郭が構成されるや否や、第
２と第３実施例は使用できない。第１実施例は、
調整装置の回路増巾作用を低減させる場合のみ使
用できる。とにかくその有効性が甚だ少なくな
り、即ち、摩耗輪郭からもたらされるこの輪郭付
ホイール対の案内挙動および安定性挙動が支配す
る。

本発明の主なる目的は、ボギー台車の運転特性
の改良の範囲内で、また、鉄道車両の臨界運行速
度を増高することに鑑みて、それらの輪軸を構成
し、このためそれらホイールの転動面の輪郭摩耗
の安定性への好しからざる効果が、とりわけ上記
輪軸の案内挙動を阻害することなく防止でき、ま
た従つて摩耗輪郭の場合公知のように摩耗に最も
好ましい密着状況を安全に利用でき、この輪軸に
選択された安定性挙動と案内挙動を付与できねば
ならないようにすることである。この場合上記輪
軸は、カーフレームならびに駆動フレームにも使
用できる。

上記の課題は本発明により、すなわち、 各輪軸に回転可能に取り付けられた車輪の回転
数差が積極的に調節可能な様式の成形された踏面
を有している車輪を備えている鉄道車両用ボギー
台車において、 各々の車輪が共通の輪軸上に回転可能に支承さ
れており、かつ、制御可能な、車輪の回転結合手
段であり、かつ走行中でもそのスリツプを調節可
能なクラツチを介して互いに結合されており、上
記クラツチが車輪の回転数差を制御するため、ク
ラツチを制御する制御器に、輪軸から検知する輪
軸正弦振動の周波数の測定値と、任意手段で検知
される車両速度の測定値がインプツトされてお
り、かつ、前記両側車輪の軸の間のスリツプは車
両速度の増加とともに増加され、車両速度の減少
とともに減少されること、 および 輪軸に回転可能に取付けられた車輪の回転数差
が積極的に調節可能な様式の成形された踏面を有
している車輪を備えている鉄道車両用ボギー台車
において、 各々の車輪が共通の車軸上に回転可能に支承さ
ており、かつ駆動装置を付設した差動歯車装置を
介して互いに結合されており 前記駆動装置が車輪の回転数差を減少あるいは
増加するように制御するため、前記駆動装置を制
御する制御器は、輪軸から検知する輪軸正弦振動
の周波数の測定値と、任意手段で検知される車両
速度の測定値がインプツトされており、 駆動装置の回転数が回転数差の減少の範囲にお
いて車両速度の増加とともに増加さされ、車両速
度の減少とともに減少されることによつて解決さ
れる。

両解決法は、まとまつていて、それらホイール
の大きい転動半径差に由来して不安定化する上記
ホイールの軌道に対する縦方向スリツプが、共通
ホイールシヤフトに関して、それらホイールをル
ーズホイールにする限り、本発明の精神にのつと
つて容易に制御できるという思想を基礎としてい
る。これに対して一定の摩耗輪郭によつて与えら
れる安定化の条件を改良するように、それらホイ
ールと軌条との間の縦方向スリツプ力を変調する
ことにおいて第１解決法（特許請求の範囲第１
項）によるクラツチの原則的作用を理解しなけれ
ばならない。このクラツチのスリツプは動力学的
実効円錐率ならびに動力学的実効ホイール間隔を
減少し、従つて上記ホイールの摩耗輪郭を有する
輪軸の場合でも良好な安定挙動になるように導
く。軌道カーブの良好な案内挙動は、上記クラツ
チのスリツプを除去することによつて簡単に達成
させることができ、即ち、この輪軸付ホイール対
が、その際それに特有な良好なる案内特性を有す
る固定輪軸の機能を果たす。

上記に比較して第２解決法（特許請求の範囲第
２項）による差動ギヤの原則上の働きは、同様に
動力学的実効円錐率ならびに動力学的実効ホイー
ル間隔の制御において理解しなければならない。
しかも、これに関して上記差動ギヤに組み合わせ
た駆動装置の回転数がそれらホイールの円錐率限
定回転数差に従つてそれぞれ無段に、しかも正と
負値との間で変動される。またこの差動ギヤは、
軌条に対するホイールの相対速度を調整または増
高するためにのみでなくて、相対速度を低減させ
るためにも働き、これは摩耗輪郭の際には普通の
場合であろう。この場合において、本発明による
とそれらホイールの円錐率限定回転数差に反対す
る働きをさせるには、ブレーキとして使用できる
制御駆動装置に上述のような回転方向を与えさえ
すればよい。上記駆動装置または差動ギヤのこの
作用は、安定化という理由から余りに大きい回転
数差の場合クラツチの作用に等しい。これに反し
て例えば上述のドイツ特許公開公報第2259035号
による第３実施例の場合には回転数差の提案され
る利点は、それらホイールの円錐率限定回転数差
の増高する方向にのみの回転数差の調整に等しく
され、このため予じめ転動面に摩耗輪郭を有する
車軸付ホイール対は確実に除かれる。

本発明による実施例を以下添付図面を参照して
詳細に説明する。

第１図によると、車軸付ホイール対のホイール
シヤフト１は、例えばボギー台車のフレーム即ち
縦方向ビーム２に、好ましくは横方向と垂直方向
に軟らかくまた縦方向に硬い弾性装置３によつて
取り付けられ、複数ホイール４が該ホイールシヤ
フト上で回転自在に支承されている。記号だけで
示した当該ホイール軸受５を、ローラ軸受にする
ことができる。しかし、上記ホイール対の場合に
はそれらホイール４は、所謂ルーズホイールすな
わち、互いにホイールシヤフト１上にルーズに取
り付けられるホイールでない。上記ホイール４が
（同様略図として示す）クラツチ６を介して相互
に連結されるから、その際上記クラツチは、両ホ
イールの間のホイールシヤフト１のまわりに回転
自在に設けられた連結手段であり、従つてホイー
ルと共に回転できる。この場合制御自在の電磁摩
耗クラツチ６が取り付けられており、このクラツ
チでは公知のように油またはグラフアイトの中に
混入させた磁化可能の鉄粉6.1の摩耗作用がトル
クを伝達するため完全に利用され、またスリツプ
は、運転中でも励磁電流の変動により調整自在で
ある。この種のクラツチが一般に公知であるから
それらの特別な構造に就いて詳細な説明を省略す
る。

図示せる輪軸の場合、クラツチ６の機能は、こ
のホイール対が軌条７に沿つて転動する場合、こ
れらホイール４の転動半径差があると、このホイ
ール対を安定化するように回転数差を許容し、ま
たこれらホイールの縦方向スリツプを防止するこ
とである。

これはとりわけ、それらホイール４の場合所謂
摩耗状態が生ずる場合有効である。その上公知の
ように従来の固定輪軸が良好な案内挙動を備えて
おり、しかし、摩耗状態の結果、安定化の条件
は、それらホイールの大きい転動半径差、従つて
軌条に対する大きい縦方向スリツプに基づいて悪
化する。こうした場合、ホイール４とクラツチ６
との説明した装置の場合には、軌条７に対するホ
イール４の縦方向スリツプを防止するためには、
適宜励磁電流を調整することによつてスリツプを
調整しさえすればよい。それゆえにクラツチ６
は、このホイール対の場合適当な調整部材であ
り、この部材を用いて、ホイール４の転動半径差
から発生するスリツプ全体を軌道に対するそれら
ホイールの縦方向スリツプおよびクラツチのスリ
ツプの２つに分配することができる。従つてこの
ホイール対は、動力学的にホイール摩耗状態に左
右されない。従つてホイール対の案内挙動は、特
に、軌道のカーブに関してこのホイール対を必然
的に固定ホイール対として働かせるには、このク
ラツチ６を介して両ホイールの間で唯一の強固な
連結をつくりさえすればよい。

更に第１図から判るように、このクラツチ６
は、このホイール対を安定化する前述の目的のた
め制御器８によつて制御させることができる。こ
れに対して例えば状態調整装置の如き制御器８
は、このホイール対（ホイールシヤフト１）とボ
ギー台車（縦方向ビーム２）に設けられる加速度
計９と１０によつて、場合により音響を立てる輪
軸―またはボギー台車の正弦振動の周波数の測定
値また更に図示しないような車両速度Ｖの測定値
を受けとる。事情によつては、載置している車体
に対するボギー台車の捩りまたは側方移動の測定
値もまた供給される。それに加えて駆動されるか
または制動されるホイールの場合、このホイール
の駆動―または制動トルク差の測定値が加わる。
上記測定値に基づいて、制御器８は、クラツチ６
のスリツプ（励磁電流の適当な調整による）は、
速度が増加すると共に増大させ、また速度が低下
すると共に減少させるという傾向の制御信号を供
給し、補助的にそれらホイールの偶発的な駆動―
または制動トルク差を補償できる。上記測定値を
用いてクラツチ６を適宜制御することによつて全
速度範囲での安定性を維持できる。しかもこのク
ラツチを自主的に駆動即ち特定の励磁電流を不変
にさせることができるのは自明である。更にこの
クラツチ６は一定の減衰作用を有する減衰部材と
して働く。

輪軸の案内挙動に関して、第１図によると、制
御器８は、更に案内動力調整装置としてホイール
シヤフト１で軌道の両側に設けた２個の間隔感知
器１１の測定値の差から、この軌条中心面に対す
る該ホイール対の位置または側方偏位の実際値を
補助的に測定する。制御器８は、例えば永久配線
アナログコンピユータの如き記憶コンピユータ１
２から当該目標値を得る。ホイールシヤフト１と
縦方向ビーム２との間に取りつつけてある力測定
器１３からこのホイール対に働くく横方向力、特
に風力と遠心力の測定値がアナログコンピユータ
に供給され、その結果軌条中心平面に対するこの
ホイール対の位置または側方偏位の上記目標値の
期待値（平均値演算）を演算させるものとす。こ
の力測定器１３は、装置を選択してある結果、ボ
ギー台車（縦方向ビーム２）に対するこのホイー
ル対（ホイールシヤフト１）の横方向偏位をも指
示し、この偏位は必要に応じて制御器８に供給さ
せることができる。

この制御器８を用いるとクラツチ６の励磁電流
は、目標値と実際値との間の差を減少する方向に
変動される。

特に、急な軌条カーブをも走行させなければな
らない場合、または両ホイール４の転動面の円錐
度が特に少ないホイール対の場合、これらホイー
ルの回転数差は、このホイール対の安定性ならび
に案内挙動も同様改良される方向に調整自在にさ
せねばならない。この場合に対して第２図による
と、このホイール対の両ホイール４は、ホイール
シヤフト１上で同様回転自在に支承させてあり、
しかもこのホイールシヤフトのまわりに回転可能
に設けられる差動ギヤ１４を経て相互に連結され
ている。この場合差動ギヤ１４は、このホイール
対の要求されている安定性挙動と案内挙動に従つ
てそれぞれそれらホイール４の回転数差を減少ま
たは増高させることができるように、駆動装置１
５を用いて制御自在にしてある。このため駆動装
置１５の回転数は、負の値から正の値まで専ら無
段にして調節できるようにする必要がある。第１
の場合（負の値）この駆動装置１５はブレーキと
して働き、次に差動ギヤ１４と共に前述のクラツ
チ６と同一機能を果たす。駆動装置１５の制御
は、当然第１図による制御器８またはここには図
示しない完全な調整装置によつても行なわれる。

結局更に、駆動シヤーシを有る高速車両の場合
経験上ホイール対の必要な安定化のみを考慮する
と、これに関して第１図によるクラツチ６のみ
を、しかも第２図による差動ギヤと組み合わせて
駆動装置１５を用いず設けることが適当であるこ
とが判らねばならない。その上、第２による駆動
装置１５の代わりに第１図によるるクラツチ６を
設けて適宜組み合わされた装置の場合上記差動ギ
ヤは、通常のように、その駆動力を補償し、駆動
フレームの主駆動装置によつて駆動される駆動手
段の機能を果たすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はクラツチを介してお互いの間で結合さ
れる車輪およびクラツチを制御する手段をもつ輪
軸の縦断面図、第２図は差動歯車装置を介してお
互いの間で結合される縦断面図である。 ６……クラツチ、８……制御器、１４……差動
歯車装置、１５……駆動装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各輪軸１に回転可能に取り付けられた車輪
   ４，４の回転数差が積極的に調節可能な様式の成
   形された踏面を有している車輪を備えている鉄道
   車両用ボギー台車において、各々の車輪４，４が
   共通の輪軸１上に回転可能に支承されており、か
   つ、制御可能な、車輪４，４の回転結合手段であ
   り、かつ走行中でもそのスリツプを調節可能なク
   ラツチ６を介して互いに結合されており、上記ク
   ラツチ６が車輪４，４の回転数差を制御するた
   め、クラツチ６を制御する制御器８に、輪軸から
   検知する輪軸正弦振動の周波数の測定値と、任意
   手段で検知される車両速度の測定値がインプツト
   されており、かつ、前記両側車輪４，４の軸の間
   のスリツプは車両速度の増加とともに増加され、
   車両速度の減少とともに減少されること、を特徴
   とする鉄道車両用ボギー台車。 ２ 輪軸１に回転可能に取付けられた車輪４，４
   の回転数差が積極的に調節可能な様式の成形され
   た踏面を有している車輪を備えている鉄道車両用
   ボギー台車において、 各々の車輪４，４が共通の輪軸１上に回転可能
   に支承されており、かつ駆動装置１５を付設した
   差動歯車装置１４を介して互いに結合されており 前記駆動装置１５が車輪４，４の回転数差を減
   少あるいは増加するように制御するため、前記駆
   動装置１５を制御する制御器８は、輪軸から検知
   する輪軸正弦振動の周波数の測定値と、任意手段
   で検知される車両速度の測定値がインプツトされ
   ており、 駆動装置１５の回転数が回転数差の減少の範囲
   において車両速度の増加とともに増加され、車両
   速度の減少とともに減少されること、 を特徴とする鉄道車両用ボギー台車。