WO2014203971A1 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

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嘉之 下川
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    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
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    • 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
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    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • 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
    • B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/301—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating metal springs

Definitions

  • the present invention relates to a bogie for a railway vehicle.
  • it is intended to reduce wheel load loss that occurs when traveling at a low speed in the exit relaxation curve section.
  • a general railway vehicle 1 has two carriages 2 arranged before and after the traveling direction of the vehicle, and 2 on both sides of the carriage frame 3 constituting the carriage 2 in the vehicle width direction.
  • the vehicle body 5 is supported by four air springs 4 installed one by one.
  • a height adjusting device (hereinafter referred to as LV) 6 is installed on the vehicle body 5.
  • 7 is a wheel shaft with wheels 7b installed on both sides of the axle 7a
  • 8 is a track.
  • the LV 6 is installed on both sides in the width direction of the vehicle body 5 as shown in FIG. 5, and one end of the lever 11 is attached to the operating shaft 6a.
  • the other end of the lever 11 is connected to the other end of a connecting rod 12 whose one end is rotatably attached to the carriage frame 3 so as to be freely rotatable (paragraph 0002 of Patent Document 1). , See FIG.
  • 9 is a shaft box that supports the wheel shaft 7 so as to be freely rotatable
  • 10 is a shaft spring disposed on the shaft box 9.
  • the straight section and the curve section are connected via a relaxation curve section in which the curvature and cant gradually change and the raceway surface is twisted.
  • the leading shaft When driving in a curved section, high lateral pressure is generated on the wheel on the outer track side of the wheel shaft on the front side in the traveling direction of the carriage (hereinafter referred to as the leading shaft).
  • the height of the shaft spring and the air spring changes because the wheel follows the raceway, and this is caused by the change in the spring height.
  • Spring force changes wheel load.
  • the air spring extends on the outer track side of the leading shaft, the wheel load decreases, and wheel load loss occurs. Therefore, in the exit relaxation curve section, the derailment coefficient obtained by dividing the lateral pressure Q by the wheel load P becomes high (see FIG. 6).
  • the outer spring side air spring of the leading shaft extends due to the twist of the raceway surface, while the inner spring side air spring contracts.
  • the air spring is exhausted and the internal pressure decreases, while the air spring on the inner gauge side is supplied with air and the internal pressure increases. Since the spring force of the air spring also decreases due to the decrease in the internal pressure of the air spring on the outer track side, the wheel load loss on the outer track side of the leading shaft becomes significant.
  • the problem to be solved by the present invention is that when a conventional railcar bogie travels at a low speed in the exit relaxation curve section, a wheel load drop occurs on the front wheel on the outer gauge side, and LV is the wheel. It is a point that promotes heavy omission.
  • ⁇ P bogie C ⁇ ⁇ ⁇ k ⁇ b 1 2 ⁇ b c
  • ⁇ is a twist angle of the raceway surface
  • C is a coefficient determined by the stationary wheel weight
  • the inventors set the shaft springs installed on both sides in the width direction of the vehicle as far as possible in the center side in the width direction of the vehicle in order to suppress wheel weight loss when traveling at a low speed in the exit relaxation curve section. I thought about placing it.
  • the inventors have a standard commuter vehicle having a curve radius of 200 m, The rate of wheel load loss was simulated when traveling at a speed of 5 km / h in a relaxation curve section with a cant of 105 mm and a cant reduction ratio of 300.
  • the wheel load loss ratio shown in FIG. 3 is the value at the height detection position of the current LV installed outside the air springs arranged on both sides of the vehicle frame in the vehicle frame direction in the vehicle width direction. This is the value when 1.
  • the present invention was made based on the above-mentioned idea and examination results of the inventors, and in particular, in order to reduce wheel load loss on the outer rail side of the leading shaft when traveling at a low speed in the exit relaxation curve section, The following configuration is adopted.
  • Air springs are arranged on both sides in the vehicle width direction of a bogie frame supported by a shaft spring arranged on an axle box that supports the wheel shaft so that it can rotate freely, and the height of the vehicle body supported by these air springs
  • the axle box is disposed at a position closer to the center side in the width direction of the vehicle than the wheels attached to both sides of the axle constituting the wheel axle, The most important feature is that the height detection position of the LV is located between the axial center of the air spring and the axial center of the shaft spring.
  • the axle box in which the shaft spring is arranged is arranged at a position closer to the center side in the width direction of the vehicle than the wheels attached to both sides of the axle constituting the wheel shaft. Accordingly, the distance between the two shaft springs installed on both sides in the width direction of the vehicle is narrowed, the amount of change in the height of the air spring is reduced, and the wheel load fluctuation when traveling in the exit relaxation curve section is reduced.
  • the height detection position of the LV is located between the axis center of the air spring and the axis center of the shaft spring. Accordingly, wheel load loss is reduced as compared with the case where the LV height detection position is outside the air spring in the width direction of the vehicle.
  • the carriage is configured to reduce the distance between the two shaft springs arranged on both sides in the width direction of the vehicle, and the height detection position of the LV is positioned closer to the center in the width direction of the vehicle than in the past. Yes. Therefore, the wheel weight loss on the outer rail side of the leading shaft when traveling at a low speed in the exit relaxation curve section can be significantly reduced, and the passing performance of the exit relaxation curve section is improved.
  • the object of the present invention is to reduce wheel load loss on the outer gauge side of the leading shaft particularly when traveling at a low speed in the exit relaxation curve section. And the purpose is to configure the carriage so as to reduce the distance between the two shaft springs arranged on both sides in the width direction of the vehicle, and to set the height detection position of the LV to the center side in the width direction of the vehicle than before. Realized by positioning to.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a railway vehicle carriage according to the present invention.
  • Reference numeral 21 denotes a carriage.
  • the center in the width direction of the vehicle is more than the two wheels 7b in which the axle boxes 9 on which the axle springs 10 that support the carriage frame 22 are disposed are mounted on both sides of the axle 7a that constitutes the axle 7. It is an inboard type that is located at the side.
  • the side burr 22a constituting the carriage frame 22 has both wheels. 7b.
  • the height detection position of the LV 6 can be located inside the air springs 4 installed on both sides of the carriage frame 22 in the width direction of the vehicle.
  • the height detection position of the LV 6 installed in each air spring 4 in order to keep the height of the vehicle body 5 constant is located between the axis center of the air spring 4 and the axis center of the shaft spring 10. I am going to let you.
  • the distance b 1 between the two shaft springs 10 installed on both sides in the width direction of the vehicle is narrowed so that the amount of change in the height of the air spring 4 is reduced, and the vehicle travels at a low speed in the exit relaxation curve section.
  • the wheel load P acting on the four wheels 1b becomes smaller than the outboard type carriage 2 shown in FIG. 2 (b).
  • the height detection position of the LV 6 is positioned between the axis center of the air spring 4 and the axis center of the shaft spring 10, the stationary wheel weights of the four wheels 7b do not become unbalanced. Therefore, compared to the case where the height detection position of the LV 6 is positioned outside the air spring 4, the ratio of wheel load loss is reduced.
  • FIG. 1 shows a bolsterless cart, but the present invention is also applicable to a bolster cart.
  • the present invention can also be applied to a steering cart.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

　特に出口緩和曲線区間を低速で走行する際における先頭軸の外軌側の輪重抜けを低減する。　輪軸７を回転が自在なように支持する軸箱９上に配置した軸ばね１０によって支持される台車枠２２の、車両の幅方向の両側に空気ばね４を配置すると共に、これら空気ばね４によって支持された車体５の高さを一定に保つ自動高さ調整装置６を各空気ばね４に備えた鉄道車両用台車である。軸箱９を、輪軸７を構成する車軸７ａの両側に取付けた車輪７ｂよりも車両の幅方向の中心側寄りの位置にそれぞれ配置する。自動高さ調整装置６の高さ検出位置が、空気ばね４の軸中心から軸ばね１０の軸中心の間に位置するようにする。　出口曲線区間の通過性能を改善することができる。

Description

鉄道車両用台車
　本発明は、鉄道車両用の台車に関するものである。特に出口緩和曲線区間を低速で走行する際に発生する輪重抜けの低減を目的とするものである。
　一般的な鉄道車両１は、図４に示すように、車両の進行方向の前後に２台の台車２を配置し、これら台車２を構成する台車枠３の、車両の幅方向の両側に２つずつ設置した４つの空気ばね４で車体５を支持している。
　上記構成の鉄道車両において、乗り心地を良くするために空気ばね４のばね剛性を柔らかくした場合、乗客数の増減によって車体５の高さが変化する。従って、車体５の高さを一定に保ってプラットフォームとの段差を解消し、乗降時における乗客の安全性を確保するため、各空気ばねの高さを検知して、給気、排気を行う自動高さ調整装置（以下、ＬＶという。）６を車体５に設置している。なお、図４中の７は車軸７ａの両側に車輪７ｂを設置した輪軸、８は軌道である。
　前記ＬＶ６は、図５に示すように、車体５の幅方向両側に設置され、その作動軸６ａにレバー１１の一端を取付けている。そして、このレバー１１の他端を、一端を台車枠３に回転が自在なように取付けた連結棒１２の他端に、回転が自在なように連結した構成である（特許文献１の段落０００２、図１０参照。）。なお、図５中の９は輪軸７を回転が自在なように支持する軸箱、１０はこの軸箱９上に配置した軸ばねである。
　ところで、直線区間と曲線区間は、曲率とカントが徐々に変化して軌道面が捩れた緩和曲線区間を介して接続されている。
　曲線区間を走行中は、台車の進行方向前側の輪軸（以下、先頭軸という。）の外軌側の車輪に高い横圧が発生する。
　また、軌道面が捩れた緩和曲線区間を台車が走行している間は、車輪が軌道に追従するために、軸ばね及び空気ばねの高さが変化し、このばね高さの変化によって発生するばね力が輪重を変化させる。特に先頭軸の外軌側は空気ばねが伸びて輪重が減少し、輪重抜けが発生することになる。そのため、出口緩和曲線区間では、横圧Ｑを輪重Ｐで除した脱線係数が高くなる（図６参照）。
　さらに、出口緩和曲線区間を低速で走行する場合、軌道面の捩れにより、先頭軸の外軌側の空気ばねは伸びる一方、内軌側の空気ばねは縮むため、ＬＶが作動し、外軌側の空気ばねは排気されて内圧が低下する一方、内軌側の空気ばねは給気されて内圧が上昇する。外軌側の空気ばねの内圧の低下により当該空気ばねのばね力も低下するため、先頭軸の外軌側の輪重抜けが顕著になる。
特開２００７－２６９０７６号公報
　本発明が解決しようとする問題点は、従来の鉄道車両用台車は、出口緩和曲線区間を低速で走行する場合には、外軌側の先頭車輪に輪重抜けが発生し、ＬＶが前記輪重抜けを助長するという点である。
　緩和曲線区間の走行時、軌道面の捩れに車輪が追従するため、軸ばねの高さが変化することによって輪重が変動する。車両の停止時における車輪の輪重（静止輪重）からの輪重の変動量ΔＰbogie は、台車枠における車両の幅方向両側に設置した軸ばねのばね定数をｋ、前記両軸ばねの軸中心間距離をｂ1 、車輪・レールの接触点間隔をｂc とした場合（図１参照）、下記式で求めることができる。
　ΔＰbogie ＝Ｃ×θ×ｋ×ｂ1 2÷ｂc 
　但し、θは軌道面の捩れ角度、Ｃは静止輪重によって決まる係数である。
　そこで、発明者らは、出口緩和曲線区間を低速で走行した場合の輪重抜けを抑制するために、車両の幅方向の両側に設置する軸ばねを、できる限り車両の幅方向の中心側に配置することを考えた。
　また、発明者らは、前記輪重抜けを助長するＬＶの高さ検出位置（図１のｂ2で示す間隔の位置。）について検討するため、標準的な通勤車両が、曲線半径：２００m 、カント：１０５mm、カント逓減倍率：３００倍の緩和曲線区間を、５km／h の速度で走行した際の、輪重抜けの割合をシミュレーションした。
　その結果、ＬＶの高さ検出位置を、車両の幅方向外側から車両の幅方向中心まで変化させた際の輪重抜けの割合は、図３に示すように、空気ばねの軸中心より車両の幅方向の中心側に設置したほうが減少することが分かった。また、前記輪重抜けの割合は、軸ばねの軸中心より車両の幅方向の中心側に設置すると上昇することも分かった。なお、図３に示す輪重抜けの割合は、台車枠における車両の幅方向の両側に配置した空気ばねよりも車両の幅方向の外側に設置した現状のＬＶの高さ検出位置での値を１とした場合の値である。
　本発明は、発明者らの上記考え及び検討結果に基づいてなされたものであり、特に出口緩和曲線区間を低速で走行する際における先頭軸の外軌側の輪重抜けを低減するために、以下のような構成を採用している。
　すなわち、本発明は、
　輪軸を回転が自在なように支持する軸箱上に配置した軸ばねによって支持される台車枠の、車両の幅方向の両側に空気ばねを配置すると共に、これら空気ばねによって支持された車体の高さを一定に保つＬＶを各空気ばねに備えた鉄道車両用台車において、
　前記軸箱を、輪軸を構成する車軸の両側に取付けた車輪よりも車両の幅方向の中心側寄りの位置にそれぞれ配置すると共に、
　前記ＬＶの高さ検出位置が、前記空気ばねの軸中心から前記軸ばねの軸中心の間に位置するようにしたことを最も主要な特徴としている。
　本発明では、軸ばねを配置する軸箱を、輪軸を構成する車軸の両側に取付けた車輪よりも車両の幅方向の中心側寄りの位置にそれぞれ配置する。従って、車両の幅方向の両側に設置する両軸ばね間の間隔が狭くなって空気ばねの高さの変化量が減少し、出口緩和曲線区間を走行する際の輪重変動が小さくなる。
　また、本発明では、ＬＶの高さ検出位置を、空気ばねの軸中心から前記軸ばねの軸中心の間に位置するようにした。従って、ＬＶの高さ検出位置を車両の幅方向における空気ばねの外側にした場合に比べて、輪重抜けが減少する。
　本発明では、車両の幅方向の両側に配置する両軸ばね間の間隔を小さくするように台車を構成するのと共にＬＶの高さ検出位置を従来よりも車両の幅方向中心側に位置させている。従って、出口緩和曲線区間を低速で走行する際における先頭軸の外軌側の輪重抜けを大幅に低減でき、出口緩和曲線区間の通過性能が向上する。
本発明の鉄道車両用台車の概略構成を示す図で、（ａ）は車両の進行方向の正面から見た図、（ｂ）は車両の上方から見た図である。 出口緩和曲線区間を走行する際の輪重を示した図で、（ａ）は本発明の鉄道車両用台車、（ｂ）は従来の鉄道車両用台車を示す。 ＬＶの高さ検出位置と輪重抜けの割合の関係を示した図である。 従来の鉄道車両用台車の図１（ｂ）と同様の図である。 従来の鉄道車両用台車の図１（ａ）と同様の図である。 出口緩和曲線区間の走行中における、先頭軸の車輪に作用する横圧Ｑと輪重Ｐを示した図である。
　本発明は、特に出口緩和曲線区間を低速で走行する際における先頭軸の外軌側の輪重抜けを低減することを目的としている。そして、その目的を、車両の幅方向の両側に配置する両軸ばね間の間隔を小さくするように台車を構成するのと共に、ＬＶの高さ検出位置を従来よりも車両の幅方向の中心側に位置させることで実現した。
　以下、本発明を実施するための実施例を、図１を用いて説明する。
　図１は本発明の鉄道車両用台車の概略構成を示す図である。
　２１は台車であり、本発明では、台車枠２２を支持する軸ばね１０を配置する軸箱９を、輪軸７を構成する車軸７ａの両側に取付けた両車輪７ｂよりも車両の幅方向の中心側寄りの位置に配置したインボード型としている。
　従って、軸箱９を車輪７ｂよりも車両の幅方向の外側に配置した、図４、図５に示したアウトボード型の台車２と異なり、台車枠２２を構成する側バリ２２ａは、両車輪７ｂの内側に位置することになる。
　つまり、インボード型の台車２１の場合、ＬＶ６の高さ検出位置を、台車枠２２における車両の幅方向の両側に設置した空気ばね４よりも内側に位置させることが可能となる。
　そして、本発明では、車体５の高さを一定に保つために各空気ばね４に設置するＬＶ６の高さ検出位置を、空気ばね４の軸中心から前記軸ばね１０の軸中心の間に位置させることとしている。
　上記構成の本発明では、車両の幅方向の両側に設置する両軸ばね１０間の間隔ｂ1 が狭くなって空気ばね４の高さの変化量が減少し、出口緩和曲線区間を低速で走行する時に４つの車輪１ｂに作用する輪重Ｐが、図２（ａ）に示すように、図２（ｂ）に示すアウトボード型の台車２よりも小さくなる。
　また、ＬＶ６の高さ検出位置を、空気ばね４の軸中心から軸ばね１０の軸中心の間に位置させるので、４つの車輪７ｂの静止輪重がアンバランスになることがない。従って、空気ばね４の外側にＬＶ６の高さ検出位置を位置させた場合に比べて、輪重抜けの割合が減少する。
　上記本発明では、出口緩和曲線区間を低速で走行する際における先頭軸の外軌側の輪重抜けを大幅に低減することができ、曲線区間の通過性能を改善することができる。
　本発明は上記した実施例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
　例えば、図１ではボルスタレス台車を示しているが、本発明はボルスタ台車にも適用可能である。また、本発明は操舵台車に適用することもできる。
　１　　鉄道車両
　４　　空気ばね
　５　　車体
　６　　ＬＶ
　７　　輪軸
　９　　軸箱
　１０　　軸ばね
　２１　　台車
　２２　　台車枠

Claims (1)

  1. 　輪軸を回転が自在なように支持する軸箱上に配置した軸ばねによって支持される台車枠の、車両の幅方向の両側に空気ばねを配置すると共に、これら空気ばねによって支持された車体の高さを一定に保つ自動高さ調整装置を各空気ばねに備えた鉄道車両用台車において、
    　前記軸箱を、輪軸を構成する車軸の両側に取付けた車輪よりも車両の幅方向の中心側寄りの位置にそれぞれ配置すると共に、
    　前記自動高さ調整装置の高さ検出位置が、前記空気ばねの軸中心から前記軸ばねの軸中心の間に位置するようにしたことを特徴とする鉄道車両用台車。
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