JP2010519117A - 鉄道用操舵台車 - Google Patents

Abstract

本発明は車両本体を搭載する鉄道用台車に関する。台車は複数の輪軸と輪軸が操舵配置に協業できるように輪軸間を連結する操舵連結からなるフレームを有する。台車は、車両本体を輪軸に対して位置決めするため、操舵連結と車両本体をピボット接続する輪軸・車両本体間の連結と、車両本体をフレームに対して位置決めするための２つの配置ラムとを有する。台車はまた、ヨー角および速度を監視するためのセンサを有する。センサ入力はその後軌道曲線の積算と車両速度および車両本体のヨー速度を決定するため演算処理される。演算処理器はその後、軌道曲線およびフレームの現在位置に対応して、車輪接触クリープを最小化し台車安定性を最大化するため、配置ラムを起動してフレームに対する車両本体の位置を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道および鉄道用台車に関するものである。

（本発明の背景）
鉄道用操舵台車は１つのフレームとフレームに接続する２つ以上の輪軸からなる。フレームは鉄道用車両本体に接続する。各輪軸は１つの車軸により作動可能に連結された離れた２つの車輪からなる。輪軸は、操舵の角度を与えるため、他の輪軸に対し進行方向にそれて自由に動く。
各車輪は安全のため１つのフランジを有することが多いが、これらは殆どレールと接触しない。車輪のレール接触部分は少し角度がつき、非直線な円錐形状をしている。鉄道用操舵台車の目的は車輪とレールの接点において滑り摩擦力以外のクリープ力を最小化し、各輪軸間で横方向の曲がり力を平等に分配し、車輪、レールおよび軌道の損傷を最小化することにある。

操舵台車がカーブにさしかかると、輪軸はレール上を横方向に移動し外輪が内輪に比較して高い接触角をレールに対して持ち、これがレールに対する車輪の垂直方向接点力にレール横断方向への横方向成分を生成する。輪軸の車輪が従動回転する場合は、車輪間に回転半径の差による長手方向クリープ差が生じ、これが輪軸上にクリープ力による旋回モーメントを生じる。さらに鉄道用操舵台車の輪軸は互いに対して変位して操舵角を生成し、台車のフレームは旋回して変位し、台車の軌道に対する接線位置を維持する。一定半径のカーブでは、輪軸間の操舵角と輪軸の半径配置を生成する台車の旋回角とは固定値である。

ヨー緩和策、自己操舵、強制操舵、関節操舵、および起動輪軸ヨーなどの従来の操舵台車の設計は、台車のヨー旋回を制御できず、クリープ力が台車ヨーを是正するのに依存していた。低い滑り対粘着率の牽引のもとでは、このような台車は台車ヨーを制御することは出来ない。
ヨー緩和策、自己操舵のような受動操舵の台車は、車軸の操舵の起動をクリープ力に全て依存し、強い牽引力の元では直線配置へ戻る。強制的操舵、関節操舵の台車はその起動をクリープ力に部分的に依存し、強い牽引力の元では部分的に操作性を失う。

起動輪軸ヨーの台車設計には、低い滑り対粘着率の牽引の元で輪軸の操舵角を制御するため、車輪とレール間のクリープ力とは別のセンサ入力と制御が必要となる。また更に、ヨー起動子とセンサを台車フレームの上または台車の主要サスペンションを横切って配置する必要がある。これらの位置は車両の走行中第２サスペンション又はその上方における経験値より高い衝撃荷重に晒されるので、より頑丈な装置が必要とされる。

（発明の目的）
本発明の目的は、上記欠点の１つ以上を部分的に克服する、能動的台車ヨー制御システムおよび台車ヨー位置からの輪軸の強制的半径方向操舵を有する代替の操舵台車を提供することである。

ある面で本発明は、１つのフレームと、
フレームに搭載された複数の輪軸と、
ここに各輪軸は１つの車軸と離れて配置される２つの車輪を有し、
輪軸が協同して操舵配置となるように輪軸を連結する操舵連結手段と、
車両本体を輪軸に対して位置決めする輪軸車両本体連結手段と、
車両本体を前記フレームに対して位置決めする配置手段と、
ヨー角とヨー速度を監視するセンサを含むセンサ装置と
軌道曲線を積算し車両速度と車両本体のヨー速度を決定し、それにより配置手段を起動するため、センサ装置の入力を演算処理する演算処理装置と、
を有し、
フレームに対する車両本体の位置は、軌道曲線及び現在のフレームの位置に対応して、車輪接触クリープを最小化し台車安定性を最大化するため調整されることを特徴とする車両本体を搭載した鉄道用台車に広く関している。

フレームは好適には既知のまたは積算された軌道曲線に対応して調整される。
調整手段は好適には１つ以上のラムを有し、それぞれフレームおよび車両本体に取り付けられている。好適には、配置手段はフレームと車両本体の長手方向両側に接続され、演算処理装置からの起動により、車両本体をフレームに対し位置づけるように協同して作動する、２つのラムを含む。より好適には台車が曲線を走行する時には、最小ヨー・モーメントで曲線を通り抜けられるように車両本体をフレームに対して位置づけるために、内側の前記ラムは短縮され、一方外側の前記ラムは伸長される。
ラムは油圧または空気圧により作動する。ラムの起動は電気的または電磁気的操作による。

好適には、操舵連結手段は１つ以上の輪軸の位置を、位置における方向が軌道曲線に対しその半径方向を向き、フレームの車両本体に対する現在の相対ヨー位置に適合するように調整し、操舵連結手段はそれぞれの輪軸に付属する1つ以上の連結腕を有し、輪軸が曲線軌道を通過する際に半径方向操舵配置をとることが出来るように、各連結腕がピボットで其々接続される。
各連結腕は好適にはそれぞれの輪軸の両方の終端部に取り付けられ、隣接する輪軸に付帯する隣接連結腕にピボット上で接続される。ここにおいて１つの輪軸の回転は連結腕の動きを介して他の輪軸の位置に影響を与え、フレームの車両本体に対する現在の相対ヨー位置に適合するように、輪軸が軌道曲線に合わせて半径方向に配置することを可能にする。

輪軸・車両本体連結手段は、好適には、連結腕の１つと台車車両本体にピボット接続される連結補助手段である。連結補助手段は、輪軸と連結腕の位置の変化が台車車両本体の相対的位置を変化させるように、好適にはピボット接続される。
前方および後方輪軸は好適には垂直軸を軸に旋回する。より好適には台車が曲線を走行する時に１つの輪軸の向きが実質的にもう１つの輪軸の向きとフレームの長手方向の軸に対して反対方向を向くように、前方および後方の輪軸は接続した連結腕を介して垂直軸の周りを旋回する。

第３の中間輪軸がある場合、中間輪軸は好適にはフレームの長手方向軸に対し横方向に作動する。中間輪軸は好適には輪軸の両側に接続された２つの連結腕を介し作動する。各中間輪軸の連結腕は好適には隣接する連結腕にピボット接続され、その隣接する連結腕はそれぞれ前方および後方の輪軸に接続している。中間輪軸は好適には台車が回る曲線の曲率半径中心から外側に向かって横移動する。

演算処理装置は、台車のタイプに適したプログラムに従って入力を処理する１つの演算処理器を含む。プログラムは既知の軌道曲線を含んでよい。あるいは、またはさらに、好適には軌道曲線が車両速度と車両本体のヨー速度の計測により積算される。その情報は好適には車両が曲線を走行する時に、各台車に対し応答を生成するため演算処理器により使用される。

１つのフレームと、
フレームに搭載された複数の輪軸と、
ここに各輪軸は１つの車軸と離れて配置された２つの車輪を有し、
輪軸が協同して操舵配置となるように輪軸を連結する操舵連結と、
操舵連結を台車車両本体とピボット接続し、車両本体を輪軸に対して位置決めする１つの輪軸・車両本体連結手段と、
車両本体をフレームに対して位置決めする２つの配置ラムと、
ヨー角とヨー速度を監視するセンサを含む１つ以上のセンサと
センサの入力を演算処理して軌道曲線を積算し、車両速度と車両本体のヨー速度を決定し、そして、車輪接触滑りを最小化し台車安定性を最大化するため、軌道曲線及び現在のフレームの位置に対応して、フレームに対する車両本体の位置を調整するため配置ラムを起動する、１つの演算処理装置と、
からなることを特徴とする車両本体を搭載した鉄道用台車。

本発明がより容易に理解され、実施に移されるように、以下の図を参照する。
本発明の第１の実施形態における２軸台車の図である。 本発明の第１の実施形態における２軸台車のもう１つの図である。 本発明の第２の実施形態における３軸台車の図である。 本発明の第２の実施形態における３軸台車のもう１つの図である。

図１、２は本発明の第１の実施形態における１つの前方輪軸と１つの後方輪軸を有する１つのフレーム１１からなる２軸台車１０を示す。台車１０はまたフレーム１１に接続する車両本体（図示せず）からなる。
前方輪軸１２と後方輪軸１３は車軸１５、角度の付いた車輪１６および輪軸ベアリング１８からなる。

前方輪軸１２は車軸１５の両端近くで第１連結腕２１に接続する。
第１連結腕２１はピボット２４により第２連結腕２５にピボット接続される。第２連結腕２５は実質的に矩形で第３連結腕２６にピボット２７においてピボット接続される。第３連結腕２６は後方輪軸１３の車軸１５の両端近くで接続される。第２連結腕２５は車両本体に車両本体連結器２８により接続される。このように、前方輪軸１２の向きが後方輪軸１３に影響を及ぼすために、前方および後方輪軸１２，１３は係合され、これにより両者は台車１０が曲線を旋回できるように協力動作する。車両本体連結器２８により、前方および後方輪軸１２，１３とフレーム１１は車両本体に係合され、フレームの位置に対する車両本体の位置は、輪軸の向きを軌道曲線に対する半径方向配置に適合するように強制的に調整する。

台車１０が曲線を走行する場合、輪軸１２，１３は軌道に従い、輪軸１２，１３の車輪１６は実質的に各車輪１６の同じ位置でレールに接触する。前方輪軸１２が軌道に従うにつれ第１連結腕２１は第２連結腕２５をピボット旋回させ、そのことは次に第３連結腕２６をピボット旋回させ、そして後方輪軸１３を実質的に前方輪軸１２のフレーム１１の長手方向軸に対する向きと反対向きに向かせる。前方輪軸１２が曲線を回るとき第２連結腕２５は車両本体連結器２８との連結により横方向に変位する。

台車１０はまたフレーム１１に取付台３１においてピボット接続される配置ラム３０を有する。配置ラム３０はフレーム１１の長手方向にみて両側に配置される。配置ラム３０はまた、車両本体の側面に直立する壁の途中で、車両本体に其々接続される。配置ラム３０は演算処理された入力に対応して、空気圧、油圧によりまたは電気的に作動する。

台車１０が既知のあるいは積算された軌道曲線を旋回する場合、演算処理機はプログラムに従って入力を処理し、向い合う配置ラム３０が協同して車輪１６のクリープ力を減少させるように、配置ラム３０を起動する。台車１０が曲線を回るとき、内側の配置ラム３０は短くなり、外側の配置ラム３０は長くなる。ここに内側、外側とは曲線の曲率半径中心から見た基準である。配置ラム３０の起動により、車両本体は曲線を回るに従い、フレーム１１とより一列に近く配置され、それにより車輪１６のレールに対するヨー方向誤配置を最小化し、レール上の車輪の滑りを最小化し、牽引粘着を可能な限り最大化し、車輪劣化、回転接触疲労、輪ぶち接触と車輪スリップを減少させる。

台車１０の配置ラム３０は、軌道の曲線を見積るための車両速度および車両本体のヨー速度の入力に対応して起動される。配置ラム３０は軌道の曲線の積算値に対応する。配置ラム３０をこのモードで作動させる方法は準能動制御法である。

あるいは、配置ラム３０は車両位置および曲線の軌道データベースあるいは既知の軌道曲線からなる入力により起動されてもよい。そこでは２つ以上の台車フレームで実測された遠心力と進路のずれ、または中継器と速度、またはＧＰＳ入力が軌道曲線データベースにより処理される。配置ラム３０は台車１０の既知の軌道曲線に対する算出された誤配置量に対応する。この作動モードは完全能動制御モードであり、台車１０が曲線を回る予測行動を制御するのに使用され得る。

図３，４に本発明の第２の実施形態である３軸台車５０を示す。台車５０は前方輪軸５１、中間輪軸５２および後方輪軸５３からなる。台車５０はまたフレーム５４および車両本体（図示せず）からなる。

輪軸５１，５２，５３は車軸５６、踏面が傾斜した車輪５７および輪軸ベアリング５８を有する。前方輪軸５１は第２連結腕６３にピボット６２により接続される第１連結腕６１を有する。第２連結腕６３は中間輪軸５２に接続する。第２連結腕６３はピボット６４により第３連結腕６５に接続する。第３連結腕６５は後方輪軸５３に接続する。
第１輪軸５１が軌道に沿って動くとき、連結腕６１，６３，６５は第１輪軸５１と協同して曲線を回るため、中間輪軸５２および後方輪軸５３を方向づけする。中間輪軸５２はフレーム５４の長手方向軸に対し横方向に移動可能である。中間輪軸５２はフレーム５４にブッシュで取り付けられ、それにより横方向にかつ車軸５６に沿って移動可能となっている。台車５０が曲線を曲がるとき、中間輪軸５２は曲線の曲率半径中心からみて横断方向外側に変位される。後方輪軸５３は台車５０が曲線を曲がるとき、前方輪軸５１に対し実質的に反対方向に向く。第２連結腕６３は車両本体連結器６７により車両本体に接続される。

台車５０もまた配置ラム７０をフレーム５４の両側に有する。配置ラム７０はフレーム取付台７１と車両本体とを接続する。配置ラム７０は実質的に２軸台車１０のものと同様に作動する。

（変化形）
前述の説明は本発明の図示的な例により行われたが、当業者にとって明らかな全てのこのような或いは他の修正あるいは変形は本発明の範囲および領域内に属するものと見做される。
車両本体に対する台車のヨー位置に基づき、輪軸の半径方向位置を強制移動する方法についての変化形は、輪軸の起動を含み、本発明の領域内である。例えば輪軸間の機械的連結に替わる方法として、処理済の伝送器入力に反応して作動し、輪軸の半径方向配置を強制する、ラム型の起動子を使用する方法がある。
本文および請求項における記述のなかで、「からなる」または「有する」という言葉はその他の構成要因、部品、ステップあるいは工程を除外する意味ではない。

１０，５０：台車
１１，５４：フレーム
１２，５１：前方輪軸
１３，５３：後方輪軸
１５，５６：車軸
１６，５７：車輪
１８，５８：輪軸ベアリング
２１，６１：第１連結腕
２４，２７，６２，６４：ピボット
２５，６３：第２連結腕
２６，６５：第３連結腕
２８，６７：車両本体連結器
３０，７０：配置ラム
５２：中間輪軸

Claims (10)

1. １つのフレームと、
   前記フレームに搭載された複数の輪軸と、
   ここに前記各輪軸は１つの車軸と離れて配置される２つの車輪を有し、
   前記輪軸が協同して操舵配置となるように前期輪軸を連結する操舵連結手段と、
   車両本体を前記輪軸に対して位置決めする輪軸・車両本体連結手段と、
   前記車両本体を前記フレームに対して位置決めする配置手段と、
   ヨー角とヨー速度を監視するセンサを含むセンサ装置と
   軌道曲線を積算し車両速度と車両本体のヨー速度を決定し、それにより前記配置手段を起動するため、センサ装置の入力を演算処理する演算処理装置と、
   を有し、
   前記フレームに対する前記車両本体の位置は、前記軌道曲線及び現在の前記フレームの位置に対応して、車輪接触クリープを最小化し台車安定性を最大化するため調整されることを特徴とする車両本体を搭載した鉄道用台車。
2. 前記配置手段は前記フレームと前記車両本体の長手方向両側に接続され、前記演算処理装置からの起動により、前記車両本体を前記フレームに対し位置づけるように協同して作動する、２つのラムを含むことを特徴とする請求項１に記載の鉄道用台車。
3. 前記配置手段は前記フレームと車両本体の長手方向両側に接続され、前記演算処理装置からの起動により、前記車両本体を前記フレームに対し位置づけるように協同して作動し、前記台車が曲線を走行する時には、最小ヨー・モーメントで曲線を通り抜けられるように前記車両本体を前記フレームに対して位置づけるために、内側の前記ラムは短縮され、一方外側の前記ラムは伸長されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道用台車。
4. 前記操舵連結手段は１つ以上の輪軸の位置を、位置における方向が軌道曲線に対しその半径方向を向き、前記フレームの前記車両本体に対する現在の相対ヨー位置に適合するように調整し、前記操舵連結手段はそれぞれの輪軸に付属する1つ以上の連結腕を有し、前記輪軸が曲線軌道を通過する際に半径方向操舵配置をとることが出来るように、前記各連結腕が其々ピボット接続されることを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の鉄道用台車。
5. 前記輪軸・車両本体連結手段は、前記輪軸と前記連結腕の位置の変化が台車車両本体の相対的位置を変化させるように、前記連結腕の１つと前記台車車両本体にピボット接続される連結補助手段であることを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載の鉄道用台車。
6. 前記台車が曲線を走行する時に、１つの輪軸の向きが実質的にもう１つの輪軸の向きと前記フレームの長手方向の軸に対して反対方向を向くように、前記前方および後方の輪軸は接続した連結腕を介して垂直軸の周りを旋回することを特徴とする請求項１−５のいずれか１項に記載の鉄道用台車。
7. 前記フレームの長手方向軸に対して横断的に移動し、前記台車が走行する前記曲線の半径中心から見て外側に移動する、１つの中間輪軸を有することを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載の鉄道用台車。
8. 前記演算処理装置は前記台車のタイプに適したプログラムに従って前記入力を処理する１つの演算処理器を含み、前記プログラムは既知の軌道曲線を含み、および又は車両速度と車両本体のヨー速度を計測することにより前記軌道曲線を積算し、その情報は車両が前記曲線を走行する時に、各台車に対し応答を生成するため前記演算処理器により使用されることを特徴とする請求項１−７のいずれか１項に記載の鉄道用台車。
9. １つのフレームと、
   前記フレームに搭載された複数の輪軸と、
   ここに前記各輪軸は１つの車軸と離れて配置された２つの車輪を有し、
   前記輪軸が協同して操舵配置となるように前期輪軸を連結する操舵連結と、
   前期操舵連結を前記台車車両本体とピボット接続し、前記車両本体を前記輪軸に対して位置決めする１つの輪軸・車両本体連結手段と、
   前記車両本体を前記フレームに対して位置決めする２つの配置ラムと、
   ヨー角とヨー速度を監視するセンサを含む１つ以上のセンサと
   前記センサの入力を演算処理して軌道曲線を積算し、車両速度と前記車両本体のヨー速度を決定し、そして、車輪接触滑りを最小化し台車安定性を最大化するため、前記軌道曲線及び現在の前記フレームの位置に対応して、前記フレームに対する前記車両本体の位置を調整するため前記配置ラムを起動する、１つの演算処理装置と、
   からなることを特徴とする車両本体を搭載した鉄道用台車。
10. 実質的に付帯する図を参照してまた図示されて、ここに記述される鉄道用台車。

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