JP3868203B2 - 鉄道車両の台枠における枕梁・床結合構造 - Google Patents

Description

【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ｄ４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２４９６ｍｍ×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、枕梁上板および床下板が板状であることによる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２ｂ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２ａ１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２ａ１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２ｂ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２１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１８０ｍｍ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２ａ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２３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)

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、枕梁上板および床下板が板状であることによる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. 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. 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. 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. 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. 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。

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