JP3965269B2 - 鉄道車両の振動低減装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は鉄道車両の振動低減装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両において、台車に取付保持した駆動モータの駆動力を駆動軸に出力し、そして駆動軸と歯車カップリング装置を介して連結した従動軸に伝達した上、歯車装置を介して車軸及び車輪に伝達しこれを回転させる一方、上部が車体に結合された中心ピンと、各端部が台車枠及び中心ピン下部にそれぞれゴムブッシュを介して結合されたリンクとを有する牽引装置を介して台車と車体とを連結し、車体を牽引するようになしたものが従来公知である。
【0003】
図7はその牽引装置と周辺部を示したもので、図中200は中心ピンであり、上部が車体202に結合されている。
204は台車横梁(台車枠)208と中心ピン200とを連結すべく前後方向に延びる状態で設けられたリンク(1本リンク)であり、その一方の端部がゴムブッシュ206を介して中心ピン200の下部に結合され、また他方の端部が同じくゴムブッシュ206を介して台車横梁208に結合されている。
【0004】
上記駆動軸と従動軸とを一体回転状態に連結するための歯車カップリング装置としては、内歯車と外歯車とを有するものが用いられている。
詳しくは、(イ)筒形のハウジングの内周側に内歯の形成された内歯車と、(ロ)円弧形状の外歯を有し内歯に対して傾動可能に噛み合う、駆動軸と従動軸とにそれぞれ一体回転状態に固設された第1及び第2の一対の外歯車とを備えた歯車カップリング装置が用いられている。
【0005】
この形態の歯車カップリング装置は、乗客の増減等によって台車が上下に変位し、これに伴って駆動軸及び従動軸が相対的に揺動した場合にも、その相対的な揺動を吸収しつつ確実に駆動軸から従動軸へと駆動力を伝達することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一方でこの歯車カップリング装置の場合、歯車におけるバックラッシ、即ち歯面と歯面との間の遊びに起因して内歯車と外歯車との軸心位置の相対的なずれが発生し、このことが高周波の振動騒音の発生要因になるといった問題が生じていた。
【0007】
図8は歯車カップリング装置において発生した振動の周波数と列車速度との関係の測定結果を表している。
同図に示しているようにこの歯車カップリング装置における上記振れ回りに起因する振動騒音は、列車の走行速度と車輪径つまり駆動モータの回転数に依存しており、その回転数の変化に応じて変化している。
【0008】
而してこのようにして歯車カップリング装置で発生した振動による加振力は、後述の実施例の図1に示す駆動モータ14から、図7に示すように台車横梁208へと伝達されてこれを前後方向(図中左右方向)に加振し、次いでリンク204を前後方向に加振し、次に中心ピン200を前後方向に加振し、その結果車体202の枕梁210がねじられて車体202の床板212が振動し車室内の「ゴー」といった篭り音を発生させる。
【0009】
以上は車室内の篭り音の原因の大部分となるものであるが、この他にも駆動モータや歯車装置、更には上記歯車カップリング装置における上記以外の様々な振動が駆動モータの回転数の変化に応じて発生し、これが車体へと伝達されて車室内の振動騒音の原因となる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉄道車両の振動低減装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項1のものは、上部が車体に結合される中心ピンと、各端部が台車枠及び該中心ピンの下部にそれぞれゴムブッシュを介して結合されたリンクとを有する牽引装置を介して台車と車体とを連結し、該車体を牽引するようになした鉄道車両の振動低減装置であって、( イ ) 円筒金具と、 ( ロ ) 該円筒金具の軸端の一方の開放部を閉鎖する端部金具と、 ( ハ ) 他方の開放部を閉鎖するゴム弾性体と、 ( ニ ) 該端部金具の内側に設けられ、該端部金具との間に空気室を形成するとともに、該ゴム弾性体との間に液室を形成するダイヤフラムと、 ( ホ ) 該液室内の液を通過させるオリフィスと、 ( へ ) 該ゴム弾性体に設けられた芯体軸部と、を有するダンピング本体を備え、前記台車枠と中心ピンとの前後方向の相対的な変位に基づいて前記液室内の液を前記ゴム弾性体の変形を伴って前記オリフィスを強制通過させて減衰作用を行う液封ダンピング装置を、前記台車枠から前記中心ピンへの振動伝 達経路上に介挿し、前記ダンピング本体の前記端部金具と前記芯体軸部とからはアームを延び出させて、該アームの各端部を連結バーにて前記ゴムブッシュに設けられた心棒に結合することによって、前記液封ダンピング装置を前記リンクと並列に介挿し、且つ該アームと該連結バーとはボールジョイントにて相対回転可能に結合してあることを特徴とする。
【0011】
請求項2のものは、請求項1において、前記ダンピング本体の前記液室の内部にはそれぞれ異なったハット形状を成す2枚のプレートが配設されて、該2枚のプレート間に外周側の環状通路と該環状通路と区画された中心側の小液室が形成され、該2枚のプレートには該環状通路に連通する貫通孔が形成されて第1のオリフィスを構成し、前記小液室の内部には可動板が配設されるとともに、該可動板に対して互いに反対側の位置で該2枚のプレートのそれぞれに該小液室に連通する貫通孔が形成されて第2のオリフィスを構成し、前記芯体軸部には前記液室内で皿形状プレートが締結されて、該皿形状プレートの周壁部と前記液室の内壁部との間に環状隙間が形成されて第3のオリフィスを構成し、前記皿形状プレートには小径の第1皿状部と大径の第2皿状部とが備えられていて、該第1皿状部の底部に貫通孔が形成されて第4のオリフィスを構成し、前記液室内の液を前記第1オリフィス,第2オリフィス,第3オリフィス及び第4オリフィスを強制通過させて減衰作用を行うようになしてあることを特徴とする。
【0012】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、台車枠から中心ピンへの振動伝達経路上に、液室とオリフィスとを有し、その液室内の液をオリフィスを強制通過させて減衰作用を行う液封ダンピング装置を介挿したもので、本発明によれば、その液封ダンピング装置の共振周波数を適宜に設定することで、その液封ダンピング装置による減衰作用により台車枠から中心ピン、更には中心ピンを経て車体に到る振動伝達を良好に抑制することができる。
【0013】
尚この液封ダンピング装置は、それ自体をゴムブッシュに組み込むなどして上記のリンクと直列に設けることもできるが、本発明ではかかる液封ダンピング装置をリンクと並列に介挿しておく。
このようにすれば、従来既存の構造をそのままにして容易に車両に組み付けることが可能となる。
【0014】
更にまたこのように液封ダンピング装置をリンクと並列に設けることで、リンクを従来と同様に動作させつつ、併せてこのリンクを介しての台車枠側から中心ピン側、更には車体側への振動の低減を容易に行うことができる。
【0015】
請求項2では、液封ダンピング装置に、互いに異なった種類の第1〜第4のオリフィスを設けている。
このようにした場合、互いに種類の異なるオリフィスのそれぞれの液の絞り量を異ならせることができ、これによって同一の液封ダンピング装置において互いに周波数の異なる高周波振動を効果的に吸収,遮断し若しくは低減することができる。
【0016】
前述したように台車枠から中心ピンを含む牽引装置を経由して車体側に伝達される振動の周波数は、駆動モータの回転数の変化に応じて変化する。
従って単一のオリフィスを設けただけであると、様々な周波数の振動伝達を良好に吸収,遮断若しくは低減することが難しい。
しかるに上記のようにしておけば、様々な周波数の振動、例えば前述した歯車カップリング装置における歯車の振れ回りに起因する特定周波数の振動やその他の様々な周波数の振動を全般に亘って良好に吸収でき、車室内の振動騒音を効果的に低減することができる。
【0017】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図1において10は鉄道車両における台車で、11は台車枠である。台車枠11は側梁11Aと横梁11Bとを有している。
12は中心ピンで、14はその台車10に取付固定された駆動モータである。
16は車軸で、18は車輪であり、これら車輪18がレール上を回転走行する。
【0018】
車軸16は、上記駆動モータ14に対し歯車カップリング装置20及び歯車装置22を介して作動的に連結され、駆動モータ14からの駆動力がそれら歯車カップリング装置20及び歯車装置22を介して車軸16に、ひいては車輪18に伝えられるようになっている。
【0019】
図2に示しているように中心ピン12は上部が車体40における車体台枠に固定されており、また下部がリンク(1本リンク)44及びゴムブッシュ46を介して台車枠11、具体的には台車枠11における横梁11Bに連結されている。
【0020】
ここでリンク44は両端部に円筒形状の保持筒48を有している。
一方ゴムブッシュ46は、図3に示しているように外筒50と心棒52とを有しており、それらの間に円筒形状のゴム弾性体54が加硫接着されている。
而してこのゴムブッシュ46は、外筒50がリンク44における保持筒48内部に圧入され、その保持筒48においてリンク44に固定状態とされている。
【0021】
このリンク44の両端部に圧入固定された一対のゴムブッシュ46の内、一方は心棒52に横梁11Bが結合され、また他方においては心棒52に中心ピン12の下部が結合されている。
尚、図2において42は車体台枠上に設けられた床板である。
【0022】
本例においては、リンク44と並列に液封ダンピング装置56が設けられている。
58はその液封ダンピング装置56におけるダンピング本体で、このダンピング本体58からはアーム60が延び出しており、それぞれの端部が連結バー61によって上記ゴムブッシュ46における心棒52に結合されている。
【0023】
尚アーム60と連結バー61とはボールジョイント47によって相対回転可能に結合されている。
中心ピン12と台車枠11とは、これらアーム60と連結バー61とがボールジョイント47で結合されていることで、液封ダンピング装置56の付設にも拘らず相対変位することができる。
【0024】
図4及び図5はそのダンピング本体58の構造を詳しく示したものである。
同図に示しているようにダンピング本体58は、円筒金具62と、その軸端の一方の開放部を閉鎖する端部金具64と、他方の開放部を閉鎖するゴム弾性体66とを有している。
それら端部金具64とゴム弾性体66からはねじ軸68が突き出しており、それらねじ軸68において上記アーム60がねじ結合されている。
【0025】
端部金具64の内部にはダイヤフラム70が設けられており、そのダイヤフラム70と端部金具64との間に空気室72が形成されている。
またこのダイヤフラム70と上記ゴム弾性体66との間には液室74が形成されている。
【0026】
液室74の内部には、それぞれ異なったハット形状をなす2枚のプレート76,78が配設されている。
これらプレート76と78との間には環状通路82が形成されており、更にその環状通路82に沿って周方向に大きく隔たった2位置において、プレート76と78とに貫通孔80が環状通路82に連通する状態で形成されている(図6(A)参照)。
【0027】
これら貫通孔80は第1のオリフィスAを形成するもので、ゴム弾性体66が図5中左方向に圧縮弾性変形したとき、液室74内の液はプレート76の貫通孔80を通じて環状通路82内部に流入し、更にその長い環状通路82を流通した後、プレート78の貫通孔80より環状通路82の外部に流出する。そしてその際の流動抵抗に基づいて減衰作用を行う。
【0028】
プレート76と78との間にはまた、小液室104が形成されている。
この小液室104内部には可動板106が配設されており、更にこの小液室104に連通する状態でプレート76と78とのそれぞれに貫通孔108が形成されている。
【0029】
ここで貫通孔108は第2のオリフィスBを形成するものである。
この第2のオリフィスBは次のように作用する。
即ち上記のようにゴム弾性体66が圧縮弾性変形すると、液室74内の液は先ずプレート76の貫通孔108を通じて小液室104内部に流入し、続いてプレート78の貫通孔108より小液室104外部に流出する。そしてその際の流動抵抗に基づいて減衰作用を行う。
【0030】
但しこの第2のオリフィスBの場合、大振幅時には可動板106が図6(C)に示しているように移動して、プレート78の貫通孔108を塞いだ状態となって液の流動を生ぜしめない。
即ち第2のオリフィスBは小振幅時のみ液を流動させて減衰作用を行う。
【0031】
上記ゴム弾性体66には、円筒金具62の内面に沿って延び、液室74の内壁を形成する円筒形状の延長部84が一体に形成されている。
【0032】
前記ゴム弾性体66に固定のねじ軸68には芯体軸部86が一体に設けられており、この芯体軸部86の端部に対し、液室74内において段付皿形状のプレート88がナット90により締結固定されている。
【0033】
このプレート88は、その周壁部とゴム弾性体66に一体に形成された延長部84との間に微細な環状隙間98を形成しており、その環状隙間98によって第3のオリフィスCが形成されている。
この第3のオリフィスCの場合、ゴム弾性体66が圧縮弾性変形したとき、液室74内の液が環状の第3のオリフィスCを通過してプレート88の裏側に向う流れを生じ、その際の流動抵抗に基づいて減衰作用を行う。
【0034】
ここでプレート88は小径の第1の皿状部92と大径の第2の皿状部94とを有しており、その第1の皿状部92の底部に貫通孔96が形成されている。
そしてその貫通孔96によって第4のオリフィスDが形成されている。
この第4のオリフィスDの場合、ゴム弾性体66が圧縮弾性変形したとき、液室74内の液が貫通孔96を流通して流れを生じ、その際の流動抵抗に基づいて減衰作用を行う。
【0035】
尚ゴム弾性体66には、上記貫通孔96の外周側においてプレート88の底面に当接する環状の突起100が形成されており、また第2の皿状部94の底面に当接するストッパ部102が形成されている。
【0036】
本例において第1のオリフィスA,第2のオリフィスB,第3のオリフィスC,第4のオリフィスDの関係は次のような関係となっている。
即ち、本例においては第1のオリフィスA→第2のオリフィスB→第3のオリフィスC→第4のオリフィスDの順に流動抵抗が大きく、従って大振幅時においては主として第4のオリフィスDが減衰作用を発揮し、また小振幅時には第1のオリフィスAが主として減衰作用を発揮する。そしてそれらの中間の振幅時において第2のオリフィスB,第3のオリフィスCが主として減衰作用を発揮する。
つまり本例では互いに異なった周波数の振動に対して種類の異なったオリフィスA,B,C,Dが有効に働くようになされている。
【0037】
以上のように本例の液封ダンピング装置56において、ダンピング本体58は減衰特性の異なる4種類のオリフィスA,B,C,Dを備えており、従ってそれぞれの共振周波数を目標とする振動周波数に合せて適宜に設定しておくことで、台車枠11から中心ピン12を含む牽引装置を経由して車体40へと伝達される振動を、その液封ダンピング装置56の部分で良好に遮断ないし抑制することができ、車室内の振動騒音を良好に低減することができる。
【0038】
本例では液封ダンピング装置56をリンク44と並列に介挿しており、これにより従来既存の構造をそのままにして容易に液封ダンピング装置56を車両に組み付けることができる。
【0039】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において他の様々な形態で構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の適用対象である鉄道車両の台車と牽引装置とを示す平面図である。
【図2】 同じ実施例の液封ダンピング装置を含む牽引装置とその周辺部を示す図である。
【図3】 図2のゴムブッシュの構成を示す図である。
【図4】 図2のダンピング本体の構成を示す図である。
【図5】 図4のダンピング本体を更に拡大して示した図である。
【図6】 図4及び図5のダンピング本体のオリフィスの作用説明図である。
【図7】 従来の鉄道車両における牽引装置とその周辺部を示す図である。
【図8】 従来の鉄道車両における歯車カップリング装置において発生していた振動の周波数と列車速度との関係を示した図である。
【符号の説明】
10 台車
11 台車枠
12 中心ピン
40 車体
44 リンク
46 ゴムブッシュ
56 液封ダンピング装置
66 ゴム弾性体
74 液室
A 第1のオリフィス
B 第2のオリフィス
C 第3のオリフィス
D 第4のオリフィス
Claims (2)
- 上部が車体に結合される中心ピンと、各端部が台車枠及び該中心ピンの下部にそれぞれゴムブッシュを介して結合されたリンクとを有する牽引装置を介して台車と車体とを連結し、該車体を牽引するようになした鉄道車両の振動低減装置であって、
( イ ) 円筒金具と、 ( ロ ) 該円筒金具の軸端の一方の開放部を閉鎖する端部金具と、 ( ハ ) 他方の開放部を閉鎖するゴム弾性体と、 ( ニ ) 該端部金具の内側に設けられ、該端部金具との間に空気室を形成するとともに、該ゴム弾性体との間に液室を形成するダイヤフラムと、 ( ホ ) 該液室内の液を通過させるオリフィスと、 ( へ ) 該ゴム弾性体に設けられた芯体軸部と、を有するダンピング本体を備え、前記台車枠と中心ピンとの前後方向の相対的な変位に基づいて前記液室内の液を前記ゴム弾性体の変形を伴って前記オリフィスを強制通過させて減衰作用を行う液封ダンピング装置を、前記台車枠から前記中心ピンへの振動伝達経路上に介挿し
前記ダンピング本体の前記端部金具と前記芯体軸部とからはアームを延び出させて、該アームの各端部を連結バーにて前記ゴムブッシュに設けられた心棒に結合することによって、前記液封ダンピング装置を前記リンクと並列に介挿し、且つ該アームと該連結バーとはボールジョイントにて相対回転可能に結合してあることを特徴とする鉄道車両の振動低減装置。 - 請求項1において、前記ダンピング本体の前記液室の内部にはそれぞれ異なったハット形状を成す2枚のプレートが配設されて、該2枚のプレート間に外周側の環状通路と該環状通路と区画された中心側の小液室が形成され
該2枚のプレートには該環状通路に連通する貫通孔が形成されて第1のオリフィスを構成し
前記小液室の内部には可動板が配設されるとともに、該可動板に対して互いに反対側の位置で該2枚のプレートのそれぞれに該小液室に連通する貫通孔が形成されて第2のオリフィスを構成し
前記芯体軸部には前記液室内で皿形状プレートが締結されて、該皿形状プレートの周壁部と前記液室の内壁部との間に環状隙間が形成されて第3のオリフィスを構成し
前記皿形状プレートには小径の第1皿状部と大径の第2皿状部とが備えられていて、該第1皿状部の底部に貫通孔が形成されて第4のオリフィスを構成し
前記液室内の液を前記第1オリフィス,第2オリフィス,第3オリフィス及び第4オリフィスを強制通過させて減衰作用を行うようになしてあることを特徴とする鉄道車両の振動低減装置。
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