JP4442518B2 - 鉄道車両用台車枠 - Google Patents

Description

本発明は、管状に形成された横梁間を、鋼板溶接構造のつなぎ梁で接続する鉄道車両用台車枠において、前記つなぎ梁の溶接作業性と溶接部の信頼性の向上が図れる鉄道車両用台車枠に関するものである。

鉄道車両用台車枠は、車体および多数の部品を狭いスペースの中で支持するため、大変複雑な構造になっており、かつ、高い信頼性が求められる強度部材である。そのため、鋼板溶接構造の台車枠では、補強リブ等による応力低減や、溶接施工性の向上による溶接部の信頼性向上、溶接作業性向上が重要である。

ところで、台車枠製造時、溶接する両部材、たとえば横梁とつなぎ梁間のつなぎ梁両側部分に裾野延ばし溶接部を形成している。しかしながら、この裾野延ばし溶接部の形成には溶着すべき溶接ビード量が多く必要で、かつ、溶接形状が単純ではないのでロボット溶接が困難である。従って、溶接作業に多くの工数を要するという問題があった。

特に、つなぎ梁に大きな荷重が作用する台車では、つなぎ梁と横梁の溶接結合部が高応力になるため、図７に示すように、裾野延ばし溶接部Ａを丁寧にグラインダーで仕上げる必要があった。なお、図７中の１は側梁、２は横梁、３はつなぎ梁を示す。

このような鉄道車両用台車枠において、側梁と横梁の結合部の構成について、横梁の上に側梁が載る構造の台車枠における効果的な補強構造が、特許文献１に開示されている。
特開平２−１７９５７７号公報

しかしながら、この特許文献１で開示されているのは、前記構造の台車枠における補強構造だけで、溶接作業性や溶接部の信頼性を向上することについては全く開示されていない。

なお、従来から、図８に示すように、鋼板を溶接して形成した横ばり２とつなぎ梁３の、天板１２ａ，１３ａと底板１２ｂ，１３ｂを一体化して溶接ビード量の低減を図った台車枠がある。しかしながら、鋼板を溶接して形成した横ばり２では、横ばり２の内部に溶接ルート部Ｂが存在するので、その溶接ルート部Ｂの信頼性向上のため、高い技量の溶接を行う必要があった。

本発明が解決しようとする問題点は、側梁間に２本以上の横梁が設けられた従来の台車枠では、横梁間を接続するつなぎ梁と横梁との溶接部における溶接作業性や溶接部の信頼性を向上することについて全く考慮されていなかったという点である。

本発明の鉄道車両用台車枠は、
横梁とつなぎ梁との溶接部における溶接作業性を向上し、かつ、溶接部の信頼性を向上するために、
側梁間に２本以上の横梁が設けられた鉄道車両用台車枠において、
前記横梁が管状に形成されたものであり、
かつ、前記横梁同士を接続するつなぎ梁が、
前記横梁間に垂直に接合される垂直部材と、
この垂直部材と前記横梁を上下から挟む態様で前記側梁間のうちの前記２本以上の横梁で囲まれている領域の上下に設けられる天板および底板とから構成されることを最も主要な特徴としている。

本発明の鉄道車両用台車枠では、つなぎ梁と横梁の溶接結合部において、天板と底板を側梁間全域に設けて裾野延ばし溶接部をなくしたので、溶接施工性が向上するのと共に、溶接部の応力低減によって信頼性の向上が図れる。また、溶接形状が単純になるので、溶接のロボット化が図れるようになる。

本発明の鉄道車両用台車枠において、横梁が管材で、かつ、天板と底板の垂直部材と当接する部分以外の部分に窓を設けた場合には、天板、底板の裏側における、横梁や垂直板との溶接も行えるようになる。従って、横梁内部はもとより、溶接のルート部が表面に現れず、溶接ルート部の信頼性が向上する。この裏部の溶接は、作業性の観点から隅肉溶接が望ましい。

この本発明において、管材とは、横断面が円形状のものに限らず、管状であれば楕円形状でも角形状であっても良い。

また、本発明の鉄道車両用台車枠は、前記側梁に、この側梁との結合部が、前記天板および前記底板を備えて一体化形状となされた前記２本以上の横梁を、挿入させて溶接した、横梁が側梁を貫通する構造であっても良い。

また、前記鉄道車両用台車枠の側梁とつなぎ梁との間に設けられた窓に蓋を設ければ、つなぎ梁をボックス構造にすることができる。

本発明では、つなぎ梁と横梁結合部の裾野延ばし溶接部をなくすことができるので、溶接施工性が飛躍的に向上するのと共に溶接部の応力低減により溶接信頼性が向上する。また、溶接形状が単純になるので、溶接のロボット化による自動化を図ることができる。

また、横梁を管材とし、天板と底板の垂直部材と当接する部分以外の部分に、裏部の溶接施工用窓を設けた場合には、溶接ルート部が現れないので、溶接部の信頼性が飛躍的に向上する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
図１は本発明の鉄道車両用台車枠の第１の例を示す図、図２は図１の要部拡大図で、横梁とつなぎ梁を構成する天板および底板の結合部を示した図、図３は発明者らがＦＥＭ解析を行ったつなぎ梁が１本の場合の例を示した図、図４はつなぎ梁に作用する応力について説明する図、図５は溶着断面が溶接未溶着部をき裂とみなして応力拡大係数で評価する手法の説明図、図６は本発明の鉄道車両用台車枠の第２の例を示す図である。

図１は、たとえば２本の横梁２を側梁１に貫通する構造の鉄道車両用台車枠であり、横断面が円形状の管材からなる２本の横梁２は、その両端部分における、側梁１を貫通する部分で、かつ、側梁１との結合部を含む部分を、後述する天板４と底板５で一体に結合している。

そして、本発明では、前記２本の横梁２間を接続するつなぎ梁３を、前記それぞれの横梁２と垂直に接合される垂直部材３ａと、この垂直部材３ａと前記横梁２を上下から挟む態様で、両側梁２間の全域に設けられる、天板４および底板５とで構成している。なお、この図１に示した第１の例では、前記垂直部材３ａの略中央部の側梁１側に、第２の垂直部材３ｂを略直角に接合したものを示している。

すなわち、この図１に示した第１の例は、つなぎ梁３と横梁２の溶接結合部では、両側梁１間の全域に天板４と底板５を設けることで、従来の台車枠では、つなぎ梁と横ばりとの溶接部にあった裾野延ばし溶接部をなくしている。また、横梁２に管材を使用しているので、横梁２の内部に溶接ルート部が存在しない。

このような構成を採用することにより、従来は手作業で行っていた裾野延ばし溶接部がなくなって、溶接施工が容易に行えるようになる。そして、溶接形状が単純になることから、自動ロボット溶接化を図ることができる。また、裾野延ばし溶接部をなくすことにより、溶接部の応力低減が可能となって、溶接部の信頼性が向上する。

ちなみに、図３に示す、つなぎ梁３が１本の場合の例では、発明者らのＦＥＭ解析の結果、図３（ａ）に示す裾野延ばし溶接部をなくした本発明の構成を採用した場合、つなぎ梁３と横梁２との溶接部に加わる応力は７０MPaであった。

一方、図３（ｂ）に示した裾野延ばし溶接部Ａが存在する従来構成の場合は、つなぎ梁３と横梁２との溶接部に加わる応力は９３MPaであり、約２５％応力が低くなることが分かった。

また、図１に示す第１の例では、天板４と底板５の垂直部材３ａ，３ｂと当接する部分以外の部分に窓４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを設けている。この窓４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの形成により、天板４および底板５と、横梁２とのたとえば隅肉溶接を、外側から見える表側だけでなく、図２に示すように、裏側部分の溶接も行えるようになる。図２中のＣ1は表側の隅肉溶接部、Ｃ2は裏側の隅肉溶接部を示す。図２には示していないが、天板４および底板５と、垂直板３ａ，３ｂの裏側の溶接を行っても良いことは言うまでもない。

なお、この裏側の隅肉溶接の施工性を維持するためには、天板４と底板５の間隔は１００mm以上とすることが望ましい。また、この天板４と底板５は必ずしも１枚の板である必要はなく、必要とする強度に応じて異なる板厚のものを結合して使用しても良い。

これにより、従来構造のように、溶接ルート部が表面に現れず、溶接ルート部の溶接信頼性が大幅に向上することになる。具体的には、表側のみならず裏側も隅肉溶接すると、表側のみ隅肉溶接する場合と比べて、図４に示すように、溶着部の長さが２ｘから３ｘに増大するため、溶着断面が増大してつなぎ梁に作用する応力が３割以上低下することになる。

また、溶着断面が溶接未溶着部をき裂とみなして応力拡大係数で評価する手法（車両技術、RRR（Railway Research Review）2001.10、鉄道総合技術研究所、P14〜17）によれば、未溶着量が同一であっても、応力拡大係数の定義から、裏側の隅肉溶接を行うと、図５（ａ）のように、未溶着はき裂が内部にある場合に相当するので、図５（ｂ）のように、き裂が開口している場合に相当する裏側の隅肉溶接を行わない場合に対して応力拡大係数が１／（２^１／２）になり、強度上大変有利である。

以上説明した図１では、つなぎ梁３と横梁２との溶接部の全てを表裏両面側から隅肉溶接するため、天板４および底板５の、つなぎ梁３を構成する垂直部材３ａ，３ｂの両側には窓４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを設けている。

しかしながら、つなぎ梁３をボックス構造にする必要がある場合は、図１のような構成の台車枠を製造した後、図６に示すように、最後に天板４と底板５の、側梁１側の窓４ａ，５ａを蓋６で埋めて閉じた形状にすれば良い。この場合、溶接ルート部の強度が問題ない場合は、つなぎ梁３の側梁１側の窓４ａ，５ａ予め閉じた形状にしておいても良い。

上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、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。たとえば、上記の説明では、つなぎ梁３が１本と２本の場合の例を挙げているが、つなぎ梁３の本数はこれに限定されるものではない。また、横梁２の両端部分が側梁１を貫通する構造でなくても良いなどである。

以上の本発明は、側梁間に２本以上の横梁が設けられた構造の鉄道車両用台車枠であれば、その他の構成は何ら限定されるものではなく、ボルスタ台車やボルスタレス台車などどのような鉄道車両用台車にも適用できる。

本発明の鉄道車両用台車枠の第１の例を示す図で、（ａ）は天板と底板を溶接する前の全体斜視図、（ｂ）は天板と底板を溶接する前の全体斜視図である。 図１の要部拡大図で、（ａ）は横梁とつなぎ梁を構成する天板および底板の結合部を示した上方から見た斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）図のａ部拡大図である。 発明者らがＦＥＭ解析を行ったつなぎ梁が１本の場合の例を示した図で、（ａ）は本発明例、（ｂ）は従来例を示す図である。 つなぎ梁に作用する応力について説明する図で、（ａ）は表側のみならず裏側も隅肉溶接した場合、（ｂ）は表側のみ隅肉溶接した場合の図である。 溶着断面が溶接未溶着部をき裂とみなして応力拡大係数で評価する手法の説明図で、（ａ）はき裂が内部にある場合（表裏を隅肉溶接する場合）、（ｂ）はき裂が開口している場合（表側のみ隅肉溶接する場合）である。 本発明の鉄道車両用台車枠の第２の例を示す図で、（ａ）は蓋をする前の全体斜視図、（ｂ）は蓋をした後の全体斜視図である。 従来の鉄道車両用台車枠の例を示す図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は裾野延ばし溶接部の部分拡大図である。 従来の鉄道車両用台車枠の横梁とつなぎ梁との溶接例を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）図のａ部拡大図、（ｄ）は（ｃ）図の拡大図で、溶接ルート部の説明図である。

符号の説明

１ 側梁
２ 横梁
３ つなぎ梁
３ａ 垂直部材
３ｂ 第２の垂直部材
４ 天板
４ａ，４ｂ 窓
５ 底板
５ａ，５ｂ 窓
６ 蓋
Ａ 裾野延ばし溶接部
Ｂ 溶接ルート部

Claims (6)

1. 側梁間に２本以上の横梁が設けられた鉄道車両用台車枠において、
   前記横梁が管状に形成されたものであり、
   かつ、前記横梁同士を接続するつなぎ梁が、
   前記横梁間に垂直に接合される垂直部材と、
   この垂直部材と前記横梁を上下から挟む態様で前記側梁間のうちの前記２本以上の横梁で囲まれている領域の上下に設けられる天板および底板とから構成されることを特徴とする鉄道車両用台車枠。
2. 前記横梁が管材であり、
   かつ、前記天板と底板の前記垂直部材と当接する部分以外の部分に窓が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車枠。
3. 前記天板および底板の裏側部分が、隅肉溶接により結合されたものであることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用台車枠。
4. 前記側梁に、この側梁との結合部が、前記天板および前記底板を備えて一体化形状となされた前記２本以上の横梁を、挿入させて溶接したものであることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車枠。
5. 前記側梁に、この側梁との結合部が、前記天板および前記底板を備えて一体化形状となされた前記２本以上の横梁を、挿入させて溶接したものであることを特徴とする請求項２又は３の何れかに記載の鉄道車両用台車枠。
6. 側梁とつなぎ梁との間に設けられた窓に蓋を設けたことを特徴とする請求項２、３、５の何れかに記載の鉄道車両用台車枠。

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