JP4906304B2 - High-speed rail vehicle shock absorber - Google Patents
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Description
本発明は、高速鉄道車両において、走行中にレール上の障害物を排除する高速鉄道車両の緩衝板に関するものである。 The present invention relates to a buffer plate for a high-speed railway vehicle that eliminates obstacles on the rail during traveling in the high-speed railway vehicle.
従来より、鉄道車両の排障装置は、排障板、排障板吊り具、緩衝板、緩衝板支持部材などから構成されることは知られている(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, it has been known that an obstacle device for a railway vehicle includes an obstacle plate, an obstacle plate hanger, a buffer plate, a buffer plate support member, and the like (see, for example, Patent Document 1).
このうち、緩衝板は、馬蹄形状に湾曲した複数の板バネを隙間を空けて車両前後方向において重ね合わせ、それぞれの両端部においてスペーサを介して結合し、一組の板バネ・アッセンブリとして構成されている。板バネは、後側(内側)に位置することになるものほど先端湾曲部分の曲率半径が小さくなっている。そして、最も後側の板バネを緩衝板支持部材で支持することによって、車体に取り付けられている。
しかしながら、上述した従来の装置は、次のような課題がある。 However, the above-described conventional apparatus has the following problems.
(i)緩衝板は、後側に位置する板バネほど先端湾曲部分の曲率半径が小さいという特徴があるが、板バネの先端湾曲部分の曲率半径が小さいほど、変形時の荷重が大きくなる傾向がある。衝突時には、外側の板バネから変形が始まり、後側の板バネへと変形が進行するが、上記曲率半径の影響で、図15(a)に示すように、変形量δが大きくなり変形が進むにつれて、反力Fの値が急激に立ち上がる傾向となる。しかしながら、反力Fの値は、車体強度上の上限があるため限られた変形量δで、最大値のエネルギー吸収を行うには、図15(b)に示すような反力値一定の特性が望ましい。 (i) The buffer plate is characterized in that the radius of curvature of the tip curved portion is smaller as the leaf spring located on the rear side is smaller, but the load at the time of deformation tends to increase as the radius of curvature of the tip curved portion of the leaf spring is smaller. There is. At the time of collision, the deformation starts from the outer leaf spring and progresses to the rear leaf spring . However, due to the influence of the radius of curvature, as shown in FIG. As the process proceeds, the value of the reaction force F tends to rise rapidly. However, the value of the reaction force F has a constant reaction force value as shown in FIG. 15B in order to absorb the maximum energy with a limited deformation amount δ because there is an upper limit on the vehicle body strength. Is desirable.
(ii)図16(a)に示すように、緩衝板101の外側の板バネ101A,101Bは馬蹄形の両端部で支持され、拘束点P1,P2は、図16(b)に示すように、板バネ101A(101B)の端部であるが(102はスペーサ)、最も後側の板バネ101Cは、板バネ101Cの内面で緩衝板支持装置103によって支持される。このため、最も後側の板バネ101Cは、馬蹄形の両端部ではなく、図16(c)に示すように、前後方向の中間位置で、強固に拘束されることになり(拘束点P3,P4)、変形時の荷重が大きくなる。この結果、前述した反力値が後半で立ち上がる特性(図15(a)参照)を助長することになり、限られたスペースで最大限の吸収エネルギーを得るという観点から望ましくない。
(ii) As shown in FIG. 16 (a), the leaf springs 101A and 101B on the outer side of the
請求項1の発明は、車両前頭部に設けられ軌道上に存在する障害物を跳ね飛ばす排障板と、その排障板の後方に配置される緩衝板と、この緩衝板を車体に固定する支持部材とを備える高速鉄道車両の緩衝板において、前記緩衝板は、馬蹄形状に湾曲した複数の板バネを隙間を空けて車両前後方向において重ね合わせ、それぞれの両端部においてスペーサを介して結合し、一組の板バネ・アッセンブリとして構成され、後側に位置する板バネの先端湾曲部分の曲率半径の値を、その前側に位置する板バネの曲率半径の値以上とし、後方に配置される板バネほど前側に位置する板バネとの間隔が大きくなっていることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a baffle plate that is provided at the front of the vehicle and jumps off an obstacle present on the track, a buffer plate disposed behind the baffle plate, and the buffer plate is fixed to the vehicle body. The shock absorber plate of the high-speed railway vehicle comprising a supporting member that overlaps a plurality of leaf springs curved in a horseshoe shape in the vehicle front-rear direction with a gap therebetween, and is coupled via spacers at both ends. It is configured as a set of leaf spring assemblies, and the value of the radius of curvature of the tip curved portion of the leaf spring located on the rear side is set to be equal to or greater than the value of the radius of curvature of the leaf spring located on the front side, and is arranged rearward It is characterized in that the distance between the leaf spring and the leaf spring located on the front side is larger .
このようにすれば、後側に位置する板バネほど、先端湾曲部分の曲率半径を大きく、後方に配置される板バネほど前側に位置する板バネとの間隔が大きくなっていることで反力値が小さくなるので、板バネ・アッセンブリとして反力値が後半で急激に大きくなる特性を緩和することができる。これは、緩衝板の先端湾曲部分の曲率半径が大きくなると、軸応力成分が減少し、曲げ応力成分が増大することで圧壊荷重が小さくなるからである。 In this way, as the leaf spring positioned on the rear side, counter by a radius of curvature of the distal bending portion rather large, the distance between the leaf spring positioned on the front side as a leaf spring which is arranged behind is larger Since the force value decreases, the characteristic that the reaction force value increases rapidly in the second half can be relaxed as a leaf spring assembly . This is because as the radius of curvature of the tip curved portion of the buffer plate increases, the axial stress component decreases and the bending stress component increases, thereby reducing the crushing load.
請求項2に記載のように、前記緩衝板は、最も後側に位置する板バネを支持部材で支持することによって車体に取り付けられ、前記最も後側に位置する板バネの中央部分が切除されていることが望ましい。 According to a second aspect of the present invention, the buffer plate is attached to the vehicle body by supporting a leaf spring located at the rearmost side with a support member, and a central portion of the leaf spring located at the rearmost side is cut off. It is desirable that
このようにすれば、従来構造の緩衝装置の場合、前記のように最も後側の板バネの拘束が強固となるために、最も後側の板バネは変形時の反力が他の板バネに比べて高くなっていたが、最も後側の板バネは、中央部を切除し、その外側の板バネを支持する機能のみを持たせることで、緩衝板全体の反力値が変形後半で急激に大きくなる特性を緩和することができる。 In this way, in the case of a shock absorber having a conventional structure, the rearmost leaf spring is more restrained as described above, so that the reaction force during deformation of the rearmost leaf spring is different from that of the other leaf spring. However, the rearmost leaf spring has a function of cutting out the central part and supporting only the outer leaf spring. The characteristic of rapidly increasing can be relaxed.
本発明は、以上のように、後側の板バネほど先端湾曲部分の曲率半径を大きく、後方に配置される板バネほど前側に位置する板バネとの間隔が大きくなっているので、反力値が後半で急激に大きくなる特性を緩和することができる。 The present invention, as described above, the rear side of the leaf spring as the radius of curvature of the distal bending portion rather large, the distance between the leaf spring positioned on the front side as a leaf spring which is disposed rearward is increased, anti The characteristic that the force value increases rapidly in the second half can be relaxed.
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明に係る高速鉄道車両の排障装置を示す中央断面図、図2は同平面図、図3は同正面図である。 FIG. 1 is a central sectional view showing an obstacle device for a high-speed railway vehicle according to the present invention, FIG. 2 is a plan view thereof, and FIG. 3 is a front view thereof.
図1〜図3に示すように、走行中にレールUL,UR上の障害物を排除する排障板1は、水平断面(あるいは平面視)が鋭角な山形形状で左右側端が左右のレールUL,UR付近まで延び前頭部1Aと、前頭部1Aの左右両端より前記左右のレールUL,URの外側まで後方に延びる左右側部1BL,1BRとにより構成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
前頭部1Aは、鉛直方向に延び平面視で前方に向かって鋭角をなす2つの面板1AL,1ARの先端を、それらが接合状態で、水平断面が鋭角な山形形状となるように溶接により接合されている。これにより、排障板1の先端部(前頭部1Aの中央部分)に、鉛直稜線1aが形成され、この鉛直稜線1aが、軌道上に存在する障害物を切断する切り刃として機能する。そして、排障板1は、空力騒音低減を考慮して成形されたフェアリング4にて覆われている。
1A of frontal heads join the front-end | tip of two faceplates 1AL and 1AR which extend in a perpendicular direction and make an acute angle in plan view by welding so that they may be joined and they may have a chevron shape with a sharp horizontal section. Has been. Thereby, the vertical ridgeline 1a is formed in the front-end | tip part (center part of the frontal head 1A) of the
左右の面板1AL,1ARは、接合部分(鉛直稜線1a)から徐々に外側方に延び、後述する緩衝板3を構成する複数の板バネ3A〜3Cのうち、最も前側に位置する板バネ3Aの上側に位置するように延びている。
The left and right face plates 1AL and 1AR gradually extend outward from the joint portion (vertical ridge line 1a), and the leaf springs 3A located at the foremost side among the plurality of leaf springs 3A to 3C constituting the
また、左右の面板1AL,1ARは、左右方向に延びる連結板1Acにて相互に連結され、この連結板1Acより後方位置にて、前述したように緩衝板3の前側に位置する板バネ3Aの上側に位置するようになっている。
Further, the left and right face plates 1AL and 1AR are connected to each other by a connecting plate 1Ac extending in the left-right direction, and the leaf spring 3A located on the front side of the
排障板1の左右側部1BL,1BRの上縁部が、複数の排障板吊り金具11L,11Rを介して、上部支持部材12L,12Rに固定されている。この上部支持部材12L,12Rが、車体台枠13に取り付けられている。これにより、排障板1全体が、排障板吊り金具11L,11Rおよび上部支持部材12L,12Rを有する排障板支持装置14L,14Rを介して、車体台枠13に吊り下げ状態で取り付けられる。
Upper edge portions of the left and right side portions 1BL, 1BR of the
前頭部1Aの中央位置(排障板1の前端中央部分)の下端両側には、前頭部1Aに対し水平方向外方に突出するように中空楔形状のリップ部2L,2Rが溶接により設けられている。 Hollow wedge-shaped lip portions 2L and 2R are welded to both sides of the lower end of the central position of the frontal head 1A (the central portion of the front end of the obstacle plate 1) so as to protrude outward in the horizontal direction with respect to the frontal head 1A. Is provided.
このリップ部2L,2Rは、排障板1に取り付けられた状態で、右側のリップ部2Rについて図示する図4及び図5に示すように、前側部分が断面三角形状の閉断面構造を、後側部分が断面四角形状の閉断面構造をそれぞれ形成するように、前後において中空断面形状が異なっている。また、リップ部2L,2Rの高さは、後側になるほど高くなるように設定されている。なお、リップ部2L,2Rの後端部は閉塞されている。
The lip portions 2L and 2R are attached to the
リップ部2Rは、ほぼ水平方向に延びる下側部材2RAと、その下側部材2RAの上側に位置し外縁が下側部材2RAに溶接により接合される上側部材2RBとで構成され、それらの内側縁部が排障板1の外側面1bに溶接により接合されている。また、下側部材2RAと上側部材2RBとの接合部分(溶接部分)を保護するために、下側部材の外周縁には突条部2RAaが形成され、その突条部2RAaの内側に上側部材2RBの外側縁2RBaが接触するようになっている。つまり、上側部材2RBと下側部材2RAとの溶接部分が、障害物に直接ぶつかるのを回避するようになっている。なお、リップ部2L,2Rは、排障板1のほぼ1/4程度の板厚とされている。
The lip portion 2R is composed of a lower member 2RA extending in a substantially horizontal direction and an upper member 2RB located on the upper side of the lower member 2RA and having an outer edge joined to the lower member 2RA by welding. The portion is joined to the outer surface 1b of the
排障板1の後側に、アルミニウム合金の板バネ3A,3B,3C,3D(3DL,3DR)を重ねた板バネ・アッセンブリとしての緩衝板3が配設されている。つまり、緩衝板3は、複数の板バネ3A〜3Dを隙間を空けて車両前後方向において重ね合わせ、それぞれの両端部においてスペーサ5を介して結合し、一組の板バネ・アッセンブリとして構成されている。ただし、前側の3枚の板バネ3A〜3Cは馬蹄形状に湾曲した形状であるが、最も後側に位置する板バネ3Dは中央部分が切除され、2つの部分3DL,3DRとされている。
On the rear side of the
緩衝板3の板バネ3A〜3Cは走行方向前方に凸ではあるが、後方に位置する板バネの先端湾曲部の曲率半径が、前方の板バネの曲率半径以上となるように構成され、走行方向の最も前側の板バネ3Aの前側に、排障板1の連結板1Acが一定の間隙を存して配置されている。この緩衝板3は、排障板1の変形で吸収しきれなかった衝突エネルギーを吸収するものである。
The leaf springs 3A to 3C of the
前側に位置する板バネ3Aの前側部分は、ほぼ上半分が切除され、その切除部分3Aa(図1参照)の上側に面板部1AR(又は1AL)の後端部付近が位置するようになっている。これにより、板バネ3Aと面板部1AL,1ARとが無理なく配置される。 The upper half of the front portion of the leaf spring 3A located on the front side is substantially cut off, and the vicinity of the rear end of the face plate portion 1AR (or 1AL) is positioned above the cut portion 3Aa (see FIG. 1). Yes. Accordingly, the leaf spring 3A and the face plate portions 1AL and 1AR are arranged without difficulty.
また、緩衝板3(最も後側に位置する板バネ3Dの2つの部分3DL,3DR)の後端部は、車体左右方向に延びる閉断面構造の下部支持部材21に連結されている。この下部支持部材21の両端部は、それぞれ鉛直方向に配置される左右支持部材22L,22Rの下端部に連結され、左右支持部材22L,22Rの上端部は、車体台枠13(車体)に締結固定されている。また、下部支持部材21の後側は、後方にかつ斜め上方に向かって延びる左右の傾斜支持部材23L,23Rを介して車体台枠13に連結されている。このようにして、緩衝板3の後端部を支持する支持装置24が、前記支持部材21,22L,22R,23L,23Rによって構成されている。
Further, the rear end portion of the buffer plate 3 (the two portions 3DL and 3DR of the
この支持装置24の側方位置で、前述したように、排障板1の左右側部の上縁部は、排障板支持装置14L,14R(排障板吊り金具11L,11Rおよび上部支持部材12L,12R)を介して、車体台枠13に支持されている。
As described above, at the side position of the
なお、排障板1に必要以上に大きな衝突エネルギーが作用して、車両先頭部(排障板1)が圧縮破壊する場合には、排障板1が圧壊して衝突エネルギーを吸収するだけでなく、緩衝板3の変形によっても衝突エネルギーを吸収する。
In addition, when collision energy larger than necessary acts on the
このように構成すれば、後方の板バネの先端湾曲部の曲率半径が、前方の板バネの先端湾曲部の曲率半径以上となるように、つまり後側に位置する板バネの先端湾曲部の曲率半径が前方の板バネの先端湾曲部の曲率半径と等しいか又はそれより大きくなっているので、正面衝突時における反力値が後半で急激に大きくなる特性を緩和することができる。つまり、板バネの先端湾曲部分の曲率半径が小さいほど、変形時の荷重が大きくなる傾向があるので、後側に位置する板バネ3A〜3Cほど、先端湾曲部分の曲率半径を大きくして、変形時の荷重が大きくならないようにしているからある。 If comprised in this way, the curvature radius of the front-end | tip bending part of a back leaf | plate spring will be more than the curvature radius of the front-end | tip bending part of a front leaf | plate spring, ie, the front-end | tip bending part of the leaf | plate spring located in a back side. Since the radius of curvature is equal to or larger than the radius of curvature of the tip bending portion of the front leaf spring, the characteristic that the reaction force value at the time of a frontal collision suddenly increases in the second half can be relaxed. That is, since the load at the time of deformation tends to increase as the radius of curvature of the tip curved portion of the leaf spring decreases, the radius of curvature of the tip curved portion increases as the leaf springs 3A to 3C located on the rear side, This is because the load during deformation does not increase.
前側の3枚の板バネ3A〜3Cは馬蹄形状に湾曲した形状であるが、車体(車体台枠13)に支持される最も後側の板バネ3Dは中央部分が切除され、2つの部分3DL,3DRとされているので、緩衝板全体の反力値が変形後半で急激に大きくなる特性を緩和することができる。つまり、従来の緩衝板の場合、前述したように、最も後側の板バネ(緩衝板)の拘束が強固となるために、最も後側の板バネは変形時の反力が他の板バネに比べて高くなっていたので、最も後側の板バネ3Dの中央部分を切除し(連続していない状態とし)、それの前側の板バネA〜3Cを支持する機能のみを持たせるようにしているのである。
The three front leaf springs 3A to 3C are curved in a horseshoe shape, but the
前記実施の形態では、緩衝板3を構成する板バネ3A〜3Cを連続した湾曲形状の板バネとし、車体に支持される最も後側の板バネ3Dは中央部分を切除するようにしているが、本発明はそれに限定されるものではなく、図6に示すように、すべての板バネ3A〜3C,3D’を連続した湾曲形状の板バネとし、後側に位置する板バネの先端湾曲部の曲率半径が前方の板バネの先端湾曲部の曲率半径と等しいか又はそれより大きくなるように構成するだけでも、後述するように同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the leaf springs 3A to 3C constituting the
続いて、前述した装置の衝突性能についての解析結果について説明する。なお、従来構造の緩衝板を用いたもの(以下従来例という)と、後側の板バネの先端湾曲部分の曲率半径を前側の板バネの先端部分の曲率半径以上としたもの(以下本発明例1という)と、さらにもっとも後側に位置する板バネの中央部分を切除したもの(以下本発明例2という)とをモデル化したものを図7〜図9にそれぞれ示す。 Subsequently, an analysis result on the collision performance of the above-described apparatus will be described. The one using a buffer plate having a conventional structure (hereinafter referred to as a conventional example) and the one having a radius of curvature of the tip curved portion of the rear leaf spring equal to or larger than the radius of curvature of the tip portion of the front leaf spring (hereinafter referred to as the present invention). FIGS. 7 to 9 show models obtained by modeling Example 1) and those obtained by cutting away the central portion of the leaf spring located at the rearmost side (hereinafter referred to as Example 2 of the present invention).
図7〜図9に示す緩衝板を採用した鉄道車両について、速度10m/secで縦壁(剛壁)に正面衝突させた時の圧縮破壊変形の様子を、それぞれ、図10〜図12に示す。なお、各図において、それぞれ、衝突前、変形量100mm、変形量200mm、変形量300mm、変形量400mm、変形量600mmの場合を示す。 FIGS. 10 to 12 show the state of compressive fracture deformation when a frontal collision is made with a vertical wall (rigid wall) at a speed of 10 m / sec for the railway vehicle employing the buffer plate shown in FIGS. . In each figure, the case of a deformation amount of 100 mm, a deformation amount of 200 mm, a deformation amount of 300 mm, a deformation amount of 400 mm, and a deformation amount of 600 mm is shown before the collision.
従来例の場合には、図10に示すように変形量が100mmになる前付近で、緩衝板を構成する板バネがすべて相互に接触して、図13に示す荷重上限値を超える大きな反力が生じているが、本発明例1,2の場合には、それぞれ、図11及び図12に示すように、変形量が400mm程度では、最も後側の板バネがまだ前側の板バネに接触しておらず、図13に示すように荷重上限値以下の反力値となっている。よって、エネルギー吸収するための変形が可能である。 In the case of the conventional example, as shown in FIG. 10, a large reaction force exceeding the load upper limit value shown in FIG. However, in the case of Examples 1 and 2 of the present invention, as shown in FIGS. 11 and 12, when the amount of deformation is about 400 mm, the rearmost leaf spring is still in contact with the front leaf spring. However, as shown in FIG. 13, the reaction force value is not more than the load upper limit value. Therefore, deformation for absorbing energy is possible.
つまり、図13に示すように、従来例の場合には、変形量が小さいうちに、圧壊荷重が荷重上限値を超えるが、本発明例1,2の場合には変形量が大きくならないと、圧壊荷重が荷重上限値を超えない。 That is, as shown in FIG. 13, in the case of the conventional example, the crushing load exceeds the load upper limit value while the deformation amount is small , but in the case of the present invention examples 1 and 2, the deformation amount does not increase . The crushing load does not exceed the upper load limit.
よって、図14に示すように荷重上限値に達するまでの吸収エネルギー量も、本発明例1,2は従来例の6倍以上になる。 Therefore, as shown in FIG. 14, the amount of absorbed energy until the load upper limit is reached is also 6 times or more that of the first and second embodiments of the present invention.
ここで、特に、本発明例2の場合には、図9に示すように、緩衝板を構成する板バネは、最も後側(内側)の板バネの中央部分を切除して、その前側に位置する板バネを支持する機能のみを持たせるようにすることで、最も後側の緩衝板の変形時の反力が他の前側の板バネに比べて高くなく、本発明例1よりも緩衝板全体の反力値が変形後半で急激に大きくなることを緩和し、荷重上限値までの吸収エネルギー量が本発明例2の方が本発明例1よりも20%程度高くなっていることがわかる。 Here, in particular, in the case of the present invention example 2, as shown in FIG. 9, the leaf spring constituting the buffer plate is cut off the central portion of the rearmost (inner side) leaf spring and moved to the front side thereof. By providing only the function of supporting the leaf spring located, the reaction force at the time of deformation of the rearmost buffer plate is not higher than that of the other front leaf springs, and the buffering force is higher than that of the first example of the present invention. It is alleviated that the reaction force value of the entire plate suddenly increases in the latter half of deformation, and the amount of absorbed energy up to the load upper limit value is about 20% higher in Invention Example 2 than in Invention Example 1. Recognize.
1 排障板
3 緩衝板
3A〜3D,3D’ 板バネ
3DL,3DR 板バネの部分
5 スペーサ
21 下部支持部材
UL,UR レール
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記緩衝板は、馬蹄形状に湾曲した複数の板バネを隙間を空けて車両前後方向において重ね合わせ、それぞれの両端部においてスペーサを介して結合し、一組の板バネ・アッセンブリとして構成され、
後側に位置する板バネの先端湾曲部分の曲率半径の値を、その前側に位置する板バネの曲率半径の値以上とし、後方に配置される板バネほど前側に位置する板バネとの間隔が大きくなっていることを特徴とする高速鉄道車両の緩衝板。 High speed provided with a baffle plate that is provided at the front of the vehicle and that jumps off obstacles present on the track, a buffer plate disposed behind the baffle plate, and a support member that fixes the buffer plate to the vehicle body In railway vehicle shock absorbers,
The shock absorber plate is composed of a plurality of leaf springs curved in a horseshoe shape in the vehicle front-rear direction with a gap between them, and is joined via spacers at both ends to constitute a pair of leaf spring assemblies,
The value of the radius of curvature of the tip curved portion of the leaf spring located on the rear side is set to be equal to or greater than the value of the radius of curvature of the leaf spring located on the front side, and the leaf spring disposed on the rear side is closer to the leaf spring located on the front side. A buffer plate for a high-speed railway vehicle, characterized in that the interval is increased .
前記最も後側に位置する板バネの中央部分が切除されていることを特徴とする請求項1記載の高速鉄道車両の緩衝板。 The buffer plate is attached to the vehicle body by supporting a leaf spring located at the rearmost side with a support member,
The shock absorber plate for a high-speed railway vehicle according to claim 1, wherein a central portion of the leaf spring located at the rearmost side is cut off.
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