JP2002145060A - 鉄道車両の台枠における枕梁・床結合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 枕梁・床結合構造において、簡単な改良構造
によって異音の発生を防止できるようにする。 【解決手段】 台車７に支持されその牽引部６が結合さ
れる形材１などを用いた単体よりなる枕梁２の枕梁上板
２ａと、この枕梁上板２ａの上に載置した形材４よりな
る床５の床下板５ａとを、枕梁上板２ａの側面と床下板
の下面との間に施した溶接接合部１６により結合し、枕
梁上板２ａの上面における両側部分を除く部分と床５と
の間に隙間２１を形成しておくことにより、上記の目的
を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両のボルス
タレス台車など各種の台車に支持される台枠における枕
梁・床結合構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０、図１１にボルスタレス台車と台
枠の関係を示している。ボルスタレス台車ａは概ね、左
右の側梁ｂ、ｂの中央部間を連結している本体部ｃの左
右方向中央部にある牽引部ｄと、本体部ｃの左右両端
部、左右の側梁ｂ、ｂの前後方向中央部にある空気ばね
ｅ、ｅとによって車体の台枠ｆを支持する。台枠ｆはボ
ルスタレス台車ａの支持を受けるために、側梁ｇ、ｇ間
に左右に渡された単体よりなる枕梁ｈを有している。枕
梁ｈは下面に図９、図１０に示す牽引部ｄの心皿ｄ１が
ボルトｄ２によって締結されるとともに、心皿中央に突
出している心皿中心ピンｄ３が図９、図１０に示す孔ｄ
４に嵌め合わされて、ボルスタレス台車ａ側からの前後
力を受けるとともに、枕梁ｈの下面の両端に前記空気ば
ねｅ、ｅが連結されて主として上下方向に弾性的に支持
され、牽引部ｄによって前後力が伝達され車体が走行す
るときの上下方向力および前後力が伝達される。

【０００３】このようなボルスタレス台車ａはボルスタ
台車に比し構造が簡単で支持性能も向上し、広く使用さ
れるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近、車両の
走行において、車体の下まわり部分から異音が発生し問
題となっている。上記のようなボルスタレス台車ａで支
持した車体において特に著しい。この異音は車両が急に
加速または減速するとき、車両が直線路から曲線路に移
るとき、逆に曲線路から直線路に移るときに多く発生し
ている。この異音の発生につき本発明者等が上記のよう
なボルスタレス台車ａにおいて種々に実験や検討を行っ
たところ、台枠ｆの枕梁ｈとこれが支えている床ｊとの
部分であることが判明した。異音の発生の原因について
さらに検討を重ねた結果、枕梁ｈの、例えば２４９６ｍ
ｍ×７４０ｍｍといった比較的広い上面とこれに対向す
る床ｊの下面とが摺動したりぶつかり合うことの繰り返
しによって異音が発生することが判明した。

【０００５】そこで、この部分での枕梁ｈと床ｊとの結
合構造について調べたところ、枕梁ｈは広い面を持った
ものであるが形材で形成するなどした単体として台枠ｆ
に組み付けられる関係上、車体全長に亘る通しの形材に
よる床ｊとの間に施す図９、図１０に示す溶接接合部ｋ
は枕梁ｈの両側辺と両端側辺のみとなっており、枕梁ｈ
の上面はほぼ四周位置まで床ｊの下面との間が接合され
ない構造になっていた。これは、例えば、軽金属製の中
空大型形材が台枠や床に用いられ出したことによる特殊
事情である。

【０００６】そこで、車体の異音が発生する上記のよう
な走行状況における台枠ｆまわりの強度を再検討すると
ともに、枕梁ｈの上面をなす枕梁上板ｈ１と床ｊの下面
をなす床下板ｊ１との挙動に注目し観察した。この結
果、強度に問題はないものの、上記のような車体の走行
状況下では、前記枕梁上板ｈ１や床下板ｊ１に変形剛性
の不足による変形が生じていることが分かった。

【０００７】つまり、枕梁上板ｈ１や床下板ｊ１はとも
に板状部分であるため、車体に作用する荷重条件によっ
ては、捩れ変形が生じて面外方向に変形することがあ
る。例えば、走行する車体においてブレーキを掛けた際
に、台車ａから枕梁ｈに車体前後方向の力が作用する。
そのとき枕梁ｈは全断面に捩り荷重を受ける。このため
枕梁上板ｈ１は面外変形し僅かなエアギャップを持って
接している床下板ｊ１と摺動するかそれに急にぶつか
り、異音が発生する。別の例として、車体が直線路から
曲線路へ進入する際、線路軌道面は左右方向に水平な直
線路から、左右方向に傾斜した曲線路へ遷移する軌道を
通過しなければならない。このような箇所の軌道面は捩
れ面になっているので、ここを通過する車体は捩れる。
このとき、枕梁ｈも床ｊもどちらも捩り荷重を受けて捩
れる。すると、枕梁上板ｈ１も床下板ｊ１も面外変形す
るので、互いが摺動し、あるいはぶつかり合って異音を
発する。

【０００８】これに対処するため本発明者等は、通しの
形材による側梁ｇを含め一体に結合した床ｊの段階にお
いて、枕梁ｈの上面の両側の端部域を残す中央部域に対
応する部分を先に切り抜いて四角形の窓ｍを形成し、こ
の窓ｍ内に支持枠ｑを嵌め合わせて窓ｍの表裏の口縁と
の間に溶接接合部ｋを設けて結合しておく。支持枠ｑは
ボックス材ｎ１を配して連結した矩形のフレームｎ内に
一方向に平行な中骨ｏを配してフレームｎとの突き当て
境界部に溶接接合部ｋを設けて結合したものである。こ
のように構成した床ｊに枕梁ｈを当てがい結合するの
に、枕梁ｈの両側辺と両端側辺と床との間に加え、枕梁
ｈの上面との間に溶接接合部ｋを施し、前記フレームｎ
および中骨ｏと枕梁ｈの上面との突き当て境界部に溶接
接合部ｋを施して結合し、最後に前記窓ｍを蓋する補助
床板ｐを支持枠ｑの上に載せて周囲を床ｊの窓ｍの口縁
との間に溶接接合部ｋを施して結合することを試みた。
これによれば、枕梁ｈの上面と床ｊの下面とが広い範囲
で接合されないことに起因した互いが摺動したりぶつか
り合うことが防止され、異音が発生しないようにするこ
とができ、本発明者等の考えた異音の原因に間違いない
ことが確認された。

【０００９】しかし、このような改良構造では、折角の
通し材よりなる床ｊが窓ｍの部分で通し材が分断されて
しまい剛性が低下するし、部材数、作業数が徒に多くコ
ストが大幅に上昇するので、実用に耐えない。

【００１０】本発明の目的は、簡単な改良構造によって
異音の発生を防止できる鉄道車両の台枠における枕梁・
床結合構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明の鉄道車両の台枠における枕梁・床
結合構造は、各種台車に支持される単体よりなる枕梁の
上面をなす枕梁上板と、この枕梁上板の上に載置した形
材よりなる床の下面をなす床下板とを、枕梁上板の両側
辺および両端側辺と床下板の下面との間に施した溶接接
合部により結合した鉄道車両の台枠における枕梁・床結
合構造において、枕梁上板の上面における両側辺部分を
除く幅方向中央部分と床との間に隙間を形成したことを
特徴とするものである。

【００１２】このような構成では、単体よりなる枕梁上
板の上面と床下板の下面との、枕梁が床と結合される両
側辺部分を除く幅方向中央部分に設けられた隙間は、枕
梁の全断面に捩れが生じて枕梁上板および床上板が板状
であることにより面外変形することがあっても、この面
外変形によって枕梁上板と床下板とが摺動し合い、ぶつ
かり合うのを防止するので、異音が発生しなくなる。

【００１３】隙間は、枕梁上板の上面に形成した凹部に
よって形成することができるし、枕梁と床との間に挟ん
だスペーサによって形成することもできる。いずれにし
ても台枠の構造や組み立てが特に複雑になることはな
く、コスト上昇の原因にはならない。特に、凹部の場合
は枕梁の形材を形成する押出し形成時における断面形状
の選択によって対応できる利点がある。凹部をどのよう
に形成する場合でも枕梁が強度上、剛性上必要とされる
高さ寸法以上に位置するように形成されていると、凹部
があることにより強度上や剛性上で問題になることはな
い。また、スペーサによると単純な板材を挟み込めばよ
いし、枕梁と床との溶接接合によって同時に結合できる
利点がある。

【００１４】上記のような構成に加え、さらに、枕梁の
上板の中心部に、枕梁の下面をなす枕梁下板の中心部に
ボルスタレス台車における牽引部の心皿中心ピンと嵌り
合うように設けられた孔と対向する、今１つの孔を設
け、または、枕梁上板における中心部に、枕梁の下面を
なす枕梁下板の中心部にボルスタレス台車における牽引
部の心皿中心ピンと嵌り合うように設けられた孔と対向
する、今１つの孔を、枕梁の両端部における空気ばね給
気座取付け孔と対向する、今１つの孔を、それぞれ設
け、枕梁と床との間で前記今１つの孔を上方から塞ぎ前
記隙間を今１つの孔の近傍で埋める金属板を設け、この
金属板はその周辺部と床の下面との間に施した溶接接合
部により床に結合され、その下面と前記今１つの孔の口
縁との間に施した溶接接合部により枕梁に結合されてい
るようにすることができる。

【００１５】このような構成によれば、さらに、枕梁上
板と床下板との間にできる広い範囲の隙間の、ボルスタ
レス台車の心皿中心ピンと嵌り合う孔と対向する今１つ
の孔の部分か、この今１つの孔の部分および枕梁の両端
部の空気ばね給気座取付け孔部分か、において、枕梁が
台枠の牽引部からの前後力を受ける部分または、この部
分および空気ばねにより支持される部分、に対応する枕
梁上板の中央部が床下板と金属板を介し結合されるの
で、枕梁上板および床下板の捩り変形を抑制し、隙間が
できることによる剛性の低下を補償することができる。
しかも、金属板は枕梁に取付ける前の床材における床下
板の下面との間に溶接接合部を施しておき、床材を枕梁
に載せたときに枕梁下板にある牽引部の心皿中心ピンと
嵌り合う孔を通じて枕梁上板に設けた孔の口縁との間に
溶接接合部を施せばよく、構造や組立てが特に複雑にな
るようなことがなくコスト上昇の原因にはならない。

【００１６】枕梁、床が前記異音を発しやすい軽金属製
の形材、中でも中空形材よりなる場合に本発明は特に有
効である。

【００１７】本発明のそれ以上の目的および特徴は、以
下の詳細な説明および図面の記載によって明らかにな
る。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限
り種々な組み合わせで複合して用いることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
鉄道車両の台枠における枕梁・床結合構造につき、図１
〜図５を参照しながら幾つかの例とともに説明し、本発
明の理解に供する。

【００１９】本実施の形態は図１〜図５に示すようなア
ルミニウムなどの軽金属製の中空の大型形材１を用いた
枕梁２を持ち、図２に示すような牽引部６を持ったボル
スタレス台車７によって支持され前後力が伝達される鉄
道車両の台枠３において、この台枠３が支持する同じく
アルミニウムなどの軽金属製の中空の大型形材４を用い
た床５と、前記枕梁２とを結合する場合の一例である。
しかし、本発明はこれに限られることはなく、各種の台
車で支持される台枠において、各種の形材などを用いて
単体に形成される枕梁２と床５を構成するのに、枕梁２
における枕梁上板２ａの両側辺２ａ１と両端側辺２ａ２
とに床５に溶接接合部が施され、他の部分には溶接接合
部が施されない構造を持った枕梁・床結合構造一般に適
用して有効である。

【００２０】台枠３は既述したようにボルスタレス台車
や各種の台車の支持を受けるために、側梁１１、１１間
に左右に渡された比較的大きな枕梁２を有している。枕
梁２は下面に牽引部６の心皿１２がボルト１３によって
締結されるとともに、心皿１２の中央に突出している心
皿中心ピン１４が図２に示す枕梁２における枕梁下板２
ｂに形成された孔１５に嵌め合わされて、ボルスタレス
台車７側からの前後力を受けるとともに、枕梁２の下面
の両端に図示しない空気ばねが孔１７を利用した連結に
より主として上下方向に弾性的に支持され、牽引部６に
よって前後力が伝達され車体が走行するときの上下方向
力および前後力が伝達される。

【００２１】しかし、台枠３における枕梁２の枕梁上板
２ａと床５の床下板５ａとが、枕梁上板２ａの両側辺２
ａ１と両端側辺２ａ２と床５の床下板５ａとの溶接接合
部１６でしか結合されない構造では、既述したように車
体の走行中、枕梁上板２ａと床下板５ａとの間で異音が
発生する。

【００２２】そこで、本実施の形態では、図１、図２の
例と、図３の例とで示すように、枕梁２の上面をなす枕
梁上板２ａと、床５の下面をなす床下板５ａとを、枕梁
上板２ａの側面と床下板５ａの下面との間に溶接接合部
１６を施した枕梁・床結合構造において、枕梁上板２ａ
の上面における両側辺２ａ１部分を除く幅方向中央部分
２ａ３と床下板５ａとの間に隙間２１を形成する。

【００２３】このように、枕梁上板２ａの上面と床下板
５ａの下面との、枕梁２が床５と結合される両側辺２ａ
１部を除く幅方向中央部分２ａ３に設けられ枕梁２の長
手方向に通縦した隙間２１は、枕梁２の全断面に捩れが
生じて枕梁上板２ａおよび床下板５ａが板状であること
により面外変形することがあっても、この面外変形によ
って枕梁上板２ａと床下板５ａとが摺動し合い、ぶつか
り合うのを防止するので、異音が発生しなくなる。従っ
て、隙間２１はこのような枕梁上板２ａと床下板５ａと
の面外変形による摺動やぶつかり合いを防止できればよ
く、双方の面外変形の互いに近づく側の最大値の和より
も大きければよい。これは車体とボルスタレス台車７と
の関係、枕梁、床の関係によって異なり、従って、車種
によって異なる。しかし、本発明者らの経験では、軽金
属製の中空形材を用いた枕梁２および床５の関係におい
て、凡そ５ｍｍ程度あれば十分である。しかし、車種や
設計の変更などで条件が異なる場合など、隙間２１の大
きさはどのようにも設定することができる。

【００２４】隙間２１は、上記例に示すように枕梁２に
おける枕梁上板２ａの上面に形成した凹部２２によって
形成することができる。しかし、図示しない枕梁２と床
５との間に挟んだスペーサによって形成することもでき
る。いずれにしても台枠３の構造や組み立てが特に複雑
になることはなく、コスト上昇の原因にはならない。特
に、凹部２２の場合は枕梁２の形材１を形成する押出し
形成時の断面形状の選択によって対応できる利点があ
る。凹部２２をどのように形成する場合でも枕梁２が強
度上、剛性上必要とされる高さ寸法、例えば標準仕様で
１４０ｍｍ以上、高速車仕様で１５０ｍｍの高さ位置と
なる図１、図３に示すＨ以上に位置するように形成す
る。これによると、凹部２２があることにより強度上や
剛性上で問題になることはない。また、スペーサによる
と単純な板材を挟み込めばよいし、枕梁と床との溶接接
合によって同時に結合される利点がある。もっとも、凹
部２２は異音防止の原理からは必ずしも枕梁２の側に設
けなくてもよく、床５の下面に設けられてもよい。

【００２５】図１、図２の例では、さらに、枕梁２の枕
梁上板２ａの中心部に、枕梁２の下面をなす枕梁下板２
ｂの中心部にボルスタレス台車７における牽引部６の心
皿中心ピン１４と嵌り合うように設けられた孔１５と対
向する、今１つの孔２３を設け、枕梁２の中心部と床５
との間で前記今１つの孔２３を上方から塞ぎ前記隙間２
１を部分的に埋める金属板２４を設けている。この金属
板２４はその周辺部と床５の下面との間に施した溶接接
合部２５により床５に結合され、その下面と前記今１つ
の孔２３の内周面との間に施した溶接接合部２６により
枕梁２に結合した構造としている。

【００２６】これにより、枕梁上板２ａと床下板５ａと
の間にできる広い範囲の隙間２１において、枕梁２が台
枠３の牽引部６からの前後力を受ける部分に対応する枕
梁上板２ａの中心部が床下板５ａと金属板２４を介し結
合されるので、枕梁上板２ａおよび床下板５ａの捩り変
形を抑制し、隙間２１ができることによる剛性の低下を
補償することができる。しかも、金属板２４は枕梁２に
取付ける前の形材４における床下板５ａの下面と周辺部
との間に溶接接合部２５を施しておき、床５の形材４を
枕梁２に載せたときに枕梁下板２ｂにある牽引部６の心
皿中心ピン１４と嵌り合う孔１５を通じて枕梁上板２ａ
に設けた孔２３の口縁との間に溶接接合部２６を施せば
よく、構造や組立てが特に複雑になるようなことがなく
コスト上昇の原因にはならない。金属板２４は溶接構造
上枕梁２、床５と同じ材料、従って本実施の形態ではア
ルミニウム製がよく、例えば凹部２２の幅が５６０ｍｍ
であるのに対し金属板２４の凹部２２の幅方向寸法が１
８０ｍｍ程度とされ、枕梁２の長手方向も同じ寸法にし
ても良いし、図示するように短くしてもよい。また、場
合によっては長くしてもよい。

【００２７】金属板２４は、図４における枕梁２の左側
端部に示すように、空気ばねとの連結用の孔１７とそれ
に対向して枕梁上板２ａに設けた孔２３とを利用して、
枕梁２の空気ばねが連結される両端部にも設けておくこ
とができる。

【００２８】なお、本実施の形態の枕梁２は図１、図２
に示すように、同一断面形状をしたアルミニウム製の中
空押出し形材を２つ左右対称に付き合せて枕梁上板２ａ
どうしと枕梁下板２ｂどうしに施した溶接接合部３１に
より一体に結合したものを採用しており、３つの中空部
３２が並んだその外側に枕梁上板２ａおよび枕梁上板２
ａが張りだしフランジ状の両側辺２ａ１を形成してい
る。そして凹部２２はこのフランジ状の両側辺２ａ１の
間の領域に形成され、実質的に強度上問題のない設計に
なっている。心皿中心ピン１４に対応する今１つの孔２
３部分の金属板２４は孔２３の直径に近い大きさを持っ
た四角形状としてあり、床５の下面との間で結合されて
いる部分間の距離が大きくなるのを極力抑えて牽引部６
からの前後力を受けて負荷が掛かり易い部分で二次的に
異音が発生するようなことが万一にも起きないようにし
てある。空気ばねに対応する今１つの孔２３部分の金属
板２４は孔２３の直径に対し前記の心皿中心ピン１４に
対応する部分のそれよりも大きくしてある。なお、枕梁
２をどのような形材でどのように形成してもよいが、強
度上一体構造であるのが好ましく、組み立ての作業性か
ら台枠３を組み立てる段階で既に一体に形成されている
のが好ましい。

【００２９】また、床５の形材４は図５に示すように５
つのアルミニウム製のトラス断面を持った中空形材を左
右で対象になるように形成してあり、それぞれ車体全長
で通しで設けられ相互間と側梁１１との間が溶接接合部
２９にて一体に結合されている。しかし、この床５の形
材４もどのような断面形状のものを用いてもよいが、前
記のように通しで設けると部品点数が少なくなるし、車
体の剛性が向上する。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、上記の説明で明らかな
ように、枕梁上板の上面と床下板の下面との、枕梁が床
と結合される両側辺部を除く部分に設けた隙間によっ
て、枕梁およぶ床に捩れが生じて枕梁上板および床下板
が板状であることにより面外変形することがあっても、
この面外変形によって枕梁上板と床下板とが摺動し合
い、ぶつかり合うのを防止して、異音が発生するような
ことを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る鉄道車両の台枠にお
ける枕梁と床との結合構造の１つの例を示す主要部分の
断面図である。

【図２】図１の結合構造部分における枕梁とボルスタレ
ス台車の牽引部との結合構造を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る鉄道車両の台枠にお
ける枕梁と床との結合構造の別の例を示す主要部分の断
面図である。

【図４】図１、図２の例の枕梁・床結合構造を採用した
台枠における枕梁と床と凹部と金属板との関係を示し、
枕梁の長手方向半部を断面した平面図である。

【図５】図４の台枠の横断面図である。

【図６】先の改良例を示す台枠および床の要部の平面図
である。

【図７】図６の横断面図である。

【図８】図７の枕梁を横断する方向で見た断面図であ
る。

【図９】従来の鉄道車両の台枠における枕梁・床結合構
造を示す要部の断面図である。

【図１０】図９の枕梁・床結合構造を採用している台枠
とボルスタレス台車との結合構造を示す断面図である。

【図１１】図１０の要部の平面図である。

【符号の説明】

１、４ 形材 ２ 枕梁 ２ａ 枕梁上板 ２ｂ 枕梁下板 ２ａ１ 両側辺 ２ａ２ 両端側辺 ２ａ３ 幅方向中央部分 ３ 台枠 ５ 床 ５ａ 床下板 ６ 牽引部 ７ ボルスタレス台車 １２ 心皿 １４ 心皿中心ピン １５、２３、２７ 孔 １６、２５、２６ 溶接接合部 ２１ 隙間 ２２ 凹部 ２４ 金属板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台車に支持される単体よりなる枕梁の上
   面をなす枕梁上板と、この枕梁上板の上に載置した形材
   よりなる床の下面をなす床下板とを、枕梁上板の両側辺
   および両端側辺と床下板の下面との間に施した溶接接合
   部により結合した鉄道車両の台枠における枕梁・床結合
   構造において、 枕梁上板の上面における両側辺部分を除く幅方向中央部
   分と床との間に隙間を形成したことを特徴とする鉄道車
   両の台枠における枕梁・床結合構造。
2. 【請求項２】 枕梁上板の中心部に、枕梁の下面をなす
   枕梁下板の中心部にボルスタレス台車における牽引部の
   心皿中心ピンと嵌り合うように設けられた孔と対向す
   る、今１つの孔を設け、または、枕梁上板における中心
   部に、枕梁の下面をなす枕梁下板の中心部にボルスタレ
   ス台車における牽引部の心皿中心ピンと嵌り合うように
   設けられた孔と対向する、今１つの孔を、枕梁の両端部
   における空気ばね給気座取付け孔と対向する、今１つの
   孔を、それぞれ設け、枕梁と床との間で前記今１つの孔
   を上方から塞ぎ前記隙間を今１つの孔の近傍で埋める金
   属板を設け、この金属板はその周辺部と床の下面との間
   に施した溶接接合部により床に結合され、その下面と前
   記今１つの孔の口縁との間に施した溶接接合部により枕
   梁に結合されている請求項１に記載の鉄道車両の台枠に
   おける枕梁・床結合構造。
3. 【請求項３】 隙間は枕梁上板の上面に形成した凹部に
   よって形成している請求項１、２のいずれか１項に記載
   の鉄道車両の台枠における枕梁・床結合構造。
4. 【請求項４】 凹部は枕梁の必要高さ寸法以上に位置す
   るように形成されている請求項３に記載の鉄道車両の台
   枠における枕梁・床結合構造。
5. 【請求項５】 隙間は枕梁と床との間に挟んだスペーサ
   によって形成している請求項１、２のいずれか１項に記
   載の鉄道車両の台枠における枕梁・床結合構造。
6. 【請求項６】 枕梁、床は軽金属製の形材よりなる請求
   項１〜５のいずれか１項に記載の鉄道車両の台枠におけ
   る枕梁・床結合構造。