WO2021033405A1

WO2021033405A1 - 軌条車両

Info

Publication number: WO2021033405A1
Application number: PCT/JP2020/024128
Authority: WO
Inventors: 宗太木村; 恭児高原; 侯泰吉村
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-02-25
Also published as: JP7163503B2; US20220281492A1; JPWO2021033405A1

Abstract

組立性向上に寄与するとともに軽量かつ剛性の高い台枠を備えた軌条車両を提供する。床面をなす床構体と枕梁とを有する台枠を備える軌条車両において、前記枕梁は、前記枕梁の中央部に配置されるとともに、少なくとも一部が前記床構体の幅方向に沿って押出成形された第１形材と、前記幅方向における前記第１形材の両端部に接続されるとともに、少なくとも一部が前記床構体の長手方向に沿って押出成形された第２形材と、前記側梁に接続されるとともに前記第２形材に接続される板状部材と、から構成されており、前記第１形材は、前記第２形材よりも前記床構体から離れるように配置されている。

Description

軌条車両

　本発明は、軌条車両に関する。

　一般に、車両構体（以下、構体と記す）は、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の両端部に配置される側構体と、台枠の長手方向の両端部に配置される妻構体と、側構体と妻構体の上部に配置される屋根構体とから構成される６面体の構造物である。

　一般的な台枠は、台枠の幅方向の両端部にその長手方向に沿って備えられる側梁と、側梁の長手方向の両端部同士を接続する端梁と、構体の長手方向端部から所定距離の位置に端梁に沿って備えられる枕梁と、端梁と枕梁とを構体に接続するための構体長手方向に沿って配置される中梁とから構成される。

　枕梁の下面に構体上下方向に沿って備えられる中心ピンは、台車を構成する台車枠に接続される。車両の加速および減速の際、中心ピンを介して台車から枕梁に車両前後方向の荷重が伝達される。

　ところで、鉄道車両の組立性向上の観点から、床下に取り付けられる配線やダクトの取付を容易化することが求められる。取付を容易化する上では、台車に枕梁を取り付けた状態で、台枠と枕梁の間に一定の空間を設けて構体に組み付けることが有効である。このような枕梁を搭載した台車構造として、特許文献１において、側梁とのみボルト締結する枕梁を備えた台車が提案されている。

欧州特許第２５００２３１号明細書

　鉄道車両の台枠構造において、枕梁を側梁のみに接続する構造の場合、台車から中心ピンを介して枕梁に伝達されるモーメント荷重により、枕梁には捩り変形が生じる。また、走行時の上下振動によって台車から空気ばねを介して伝達される垂直荷重により、枕梁には曲げ変形が生じる。

　このようなモーメント荷重や垂直荷重に抗するために、特許文献１に記載の台車構造では、枕梁構造を、車両構体の幅方向に沿って一様な断面のリブと面板から構成している。このため、かかる枕梁構造によれば、枕梁の重量が増大するおそれや、枕梁と台枠との間の空間の大きさが制約されるおそれがある。

　本発明は、かかる従来技術の事情を鑑みてなされたものであり、組立性向上に寄与するとともに軽量かつ剛性の高い台枠を備えた軌条車両を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、代表的な本発明にかかる軌条車両の一つは、床面をなす床構体と、前記床構体の幅方向の両端部に備えられる側梁と、前記床構体の長手方向の端部に備えらえる端梁と、前記端梁から離間して前記側梁に跨るように備えられる枕梁と、を有する台枠を備える軌条車両において、前記枕梁は、前記枕梁の中央部に配置されるとともに、少なくとも一部が前記床構体の幅方向に沿って押出成形された第１形材と、前記幅方向における前記第１形材の両端部に接続されるとともに、少なくとも一部が前記床構体の長手方向に沿って押出成形された第２形材と、前記側梁に接続されるとともに前記第２形材に接続される板状部材と、から構成されており、前記第１形材は、前記第２形材よりも前記床構体から離れるように配置されていることにより達成される。

　本発明によれば、組立性向上に寄与するとともに軽量かつ剛性の高い台枠を備えた軌条車両を提供することが可能となる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、鉄道車両の側面図である。図２は、鉄道車両の枕梁を備える台枠構造を下方から見た斜視図である。図３は、実施形態１に関する枕梁の斜視図である。図４は、実施形態１に関する枕梁を備える鉄道車両の断面図（図１のＡ－Ａ断面相当）である。図５は、実施形態１に関する枕梁の高さ方向の中央部を水平面で切断した断面図である。図６は、台枠をなす側梁に接続する枕梁長手方向端部材と、枕梁の空気ばねを受ける枕梁部材と、の接合部の斜視図である。図７は、実施形態２に関する枕梁の斜視図である。図８は、実施形態３に関する枕梁を備える鉄道車両の断面図（図１のＡ－Ａ断面相当）である。図９は、実施形態４に関する枕梁の長手方向の中央部をなす形材の接合部の斜視図である。図１０は、実施形態５に関する枕梁を備えた台枠の断面図（図１のＡ－Ａ断面相当）である。

　軌条車両とは、敷設された軌道に沿って運行される車両の総称であり、鉄道車両、路面電車、新交通システム車両、モノレール車両等を意味する。以下、図を参照しながら、軌条車両の代表例として、鉄道車両を例示して本発明の実施の形態を説明する。

　まず、各方向を定義する。軌条車両の長手（レール）方向をＸ方向、軌条車両の幅（枕木）方向をＹ方向、軌条車両の高さ方向をＺ方向とする。以降、単に、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と記す場合がある。

　図１は、鉄道車両の側面図であり、図２は、鉄道車両の枕梁を備える台枠構造を下方から見た斜視図である。鉄道車両の構体１は、床面をなす台枠１０と、台枠１０のＹ方向の両端部に立設される側構体３０と、台枠１０のＸ方向の両端部に立設される妻構体４０と、側構体３０および妻構体４０のＺ方向の上端部に載置される屋根構体５０と、からなる六面体である。

　側構体３０には、窓や乗客等の乗降に供される側引き戸などが備えられる。構体１のＸ方向の両端部の下面は、それぞれ台車２によって支持される。台車２は、Ｙ方向の両端部にＸ方向に沿って隔置される一対の側梁３と、一対の側梁３のＸ方向の中央部を接続する中梁と、からなる台車枠と、この台車枠に回動可能に保持される輪軸を有する。構体１は、台車枠のＹ方向の両端部に備えられる空気ばね４によって、弾性支持される。

　構体１の台枠１０は、床面をなす床構体５（図４参照）のＹ方向の両端部に配設された一対の側梁１１と、Ｘ方向の両端部または一方の端部に配設された端梁１２とを有する。端梁１２からＸ方向に沿って中央部よりの位置に、端梁１２の長手方向に沿う（Ｙ方向に沿う）態様で、一対の枕梁１３が備えられる。枕梁１３は、床構体５と、側梁１１と、端梁１２とが溶接等で一体に構成された後、所定の位置に一対の側梁１１に跨る態様で、溶接またはボルト等の機械締結によって備えられる。

　枕梁１３のＹ方向の両端部は、台車２が備える一対の空気ばね４（図４参照）によって支持される。枕梁１３のＹ方向の中央部には、Ｚ方向に沿って垂下する中心ピン１４が備えられる。台車２は、中心ピン１４を軸として、略水平面内で軌道の曲率に沿って旋回する。

＜実施形態１＞
　図３は実施形態１に関する枕梁の斜視図であり、図４は実施形態１に関する枕梁を備える鉄道車両の断面図（図１のＡ－Ａ断面相当）である。図５は実施形態１に関する枕梁の高さ方向の中央部を水平面で切断した断面図であり、図６は台枠をなす側梁に接続する枕梁長手方向端部材と、枕梁の空気ばねを受ける枕梁部材と、の接合部の斜視図である。

　図３、５において、枕梁１３は、Ｙ方向の中央部に配設されＹ方向に沿って押出成形されてなる形材（第１形材ともいう）１５と、形材１５のＹ方向の両端部に接続されＸ方向に沿って押出成形されてなる形材（第２形材ともいう）１６と、形材１６のＹ方向の端部に接続され台枠１０をなす側梁１１に接続される板状部材２２と、から構成される。なお、形材１５及び形材１６の少なくとも一部が押し出し成形されていてもよい。

　形材１５と形材１６との接続部には、高さ違いによる段差２１がＸ方向に沿ってそれぞれ設けられ、段差２１により、形材１５のＺ方向の面の高さが形材１６のＺ方向の面の高さより低く（形材１６よりも形材１５が床構体５から離れる方向に）設定される。段差２１のＺ方向寸法は、形材１６に設けられる位置決め部１６ａのＺ方向の位置によって決められる（図６参照）。すなわち、図３に示すように、位置決め部１６ａを形材１５の端部上面に載置することで段差２１が生じ、形材１５を形材１６に接続する際の位置決めになる。この位置決め部１６ａは、形材１６を構体１（床構体５）の長手方向に押出成形する際に形材１６の面（形材１５に当接する）に一体に押出成形されるため、段差２１のＺ方向寸法を精度良く確保できる。

　板状部材２２の形材１６に当接する面には上下一対の凸部２２ａ（図６参照）が設けられており、この凸部２２ａは、形材１６の板状部材２２の面に備えられる凹部（図示なし）と嵌合して、板状部材２２と形材１６とを接合する時の作業工数を低減できる。

　上述した構成の枕梁１３を、台枠１０と枕梁１３との間に所定の空間２３（図４参照）を設けながら、枕梁１３のＹ方向の両端部の板状部材２２を、台枠１０をなす側梁１１にボルト等で接合する。台車２から空気ばね４を介して伝達される垂直荷重による枕梁１３の曲げ変形は、Ｙ方向に沿って押出成形される形材１５の曲げ剛性によって低減される。さらに、台車２のけん引力やブレーキ力が中心ピン１４を介して伝達されるＸ－Ｚ平面内の曲げモーメント荷重による枕梁１３の捩り変形は、Ｘ方向に沿って押出成形される形材１６の捩り剛性によって低減される。

　また、図３の外観図に示すように、形材１６の上面に平面視でＸ字状に組み合わせた補強材１８を接合配置することにより、形材１６の曲げ剛性を向上し、台車２から枕梁１３に荷重が伝達された際の枕梁１３の変形を低減できる。さらに、段差２１の大きさを調整することにより、種々の大きさの空間を台枠１０と枕梁１３との間に設けることができ、配管・ダクト・センサ類・防振材など、様々な部材や部品を配置するスペースとして活用できる。

＜実施形態２＞
　ここでは、実施形態１と共通する構成の説明を省略し、実施形態２に固有の構成を中心に説明する。図７は、実施形態２に関する枕梁の斜視図である。実施形態２は、実施形態１の枕梁１３に対し、枕梁１３をなす形材１６の上面に、それぞれＸ方向とＹ方向に沿った略台形板状の補強材１９と補強材２０とを、平面視で井桁状に接合配置した実施形態である。補強材１９の一部は、段差２１を超えて形材１５の上面にも延在して接合されており、形材１５と形材１６との接合部における応力低減を図っている。

　補強材１９と補強材２０とにより、実施形態１よりも形材１６の曲げ剛性と捩り剛性を増加させ、台車２から枕梁１３に荷重伝達された際の枕梁１３の変形を低減することが可能となる。特に、車両構体の幅方向に対する形材１６のリブ位置と、補強材２０の位置とを揃えることにより、捩り剛性を大きく増加することが可能となる。

＜実施形態３＞
　ここでは、実施形態１、実施形態２と共通する構成の説明を省略し、実施形態３に固有の構成を中心に説明する。図８は、実施形態３に関する枕梁を備える鉄道車両の断面図（図１のＡ－Ａ断面相当）である。

　実施形態３として示す枕梁１３は、図８に示すように、実施形態１もしくは実施形態２の枕梁構造に対し、形材（第３形材ともいう）１７を介して形材１５と形材１６とを接続している。形材１７は、Ｘ方向に押出成形されて、平行四辺形断面形状（トラス構造）を有する。形材１７の上下面が、形材１５と形材１６の当接面に対して所定の角度を有しており、形材１６に対して形材１５はＺ方向下方にシフトしている。

　形材１７を設けることにより、形材１５と形材１６とが滑らかに接続されるため、接続位置の接合強度の増加や信頼性の向上が可能となる。

＜実施形態４＞
　ここでは、実施形態１、実施形態２、実施形態３と共通する構成の説明を省略し、実施形態４に固有の構成を中心に説明する。

　図９は、実施形態４に関する枕梁の長手方向の中央部をなす形材の接合部の斜視図である。実施形態４として示す枕梁１３は、図９に示すように、実施形態１から実施形態３のいずれかの枕梁構造に対し、形材１５のＹ方向における両端部近傍の下面をカットして、形材１６が当接する部位に所定の切欠き２４を設けている。

　これにより、形材１５と形材１６の接続位置における、形材１５を構成する面板の両側に設けた切欠き２４から溶接トーチを形材１５の内部に挿入して、両形材の当接部を溶接することが可能となり、接続位置の接合強度の増加や信頼性の向上が可能となる。切欠きの代わりに開口を設けてもよい。

＜実施形態５＞
　ここでは、実施形態１から実施形態４と共通する構成の説明を省略し、実施形態５に固有の構成を中心に説明する。図１０は、実施形態５に関する枕梁を備えた台枠の断面図（図１のＡ－Ａ断面相当）である。

　図１０に実施形態５として示す枕梁１３は、枕梁と台枠の断面視に示すように、実施形態１から実施形態４のいずれかの枕梁構造に対し、車両構体（たとえば床構体）を構成する押出形材と同一断面形状の押出形材によって、形材１６を構成する。また、その同一断面形状の押出形材によって、形材１５を構成してもよい。これにより、形材を枕梁と車両構体で共通化することができ、部品点数の低減やこれによる車両の低コスト化が可能となる。

　以上に示した実施形態においては、枕梁はアルミニウム合金製の押出形材と補強材で構成されるものとしたが、所定の角度に繊維を配向したＣＦＲＰなど異方性のある材料を補強として適用することも可能である。また、枕梁１３に、台車２に取り付けられるヨーダンパからの荷重を受ける部材を取り付ける構成とすることも可能である。

　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態における構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１…構体、　　　　　　　　　　　　２…台車、
３…台車の側梁、　　　　　　　　　４…空気ばね、
５…床構体、　　　　　　　　　　　１０…台枠、
１１…側梁、　　　　　　　　　　　１２…端梁、
１３…枕梁、　　　　　　　　　　　１４…中心ピン、
１５…押出方向が車両幅方向に沿った形材、
１６…押出方向が車両長手方向に沿った形材、
１６ａ…位置決め部、　　　　　　　１７…平行四辺形断面の形材、
１８…補強材、　　　　　　　　　　１９…車両幅方向に沿った補強材、
２０…車両長手方向に沿った補強材、２１…段差、
２２…板状部材、　　　　　　　　　２２ａ…凸部、
２３…空間、　　　　　　　　　　　２４…切欠き、
３０…側構体、　　　　　　　　　　４０…妻構体、
５０…屋根構体、
Ｘ…長手方向、　　　　　　　　　　Ｙ…幅方向、
Ｚ…高さ方向

Claims

　床面をなす床構体と、
　前記床構体の幅方向の両端部に備えられる側梁と、
　前記床構体の長手方向の端部に備えらえる端梁と、
　前記端梁から離間して前記側梁に跨るように備えられる枕梁と、を有する台枠を備える軌条車両において、
　前記枕梁は、
　前記枕梁の中央部に配置されるとともに、少なくとも一部が前記床構体の幅方向に沿って押出成形された第１形材と、
　前記幅方向における前記第１形材の両端部に接続されるとともに、少なくとも一部が前記床構体の長手方向に沿って押出成形された第２形材と、
　前記側梁に接続されるとともに前記第２形材に接続される板状部材と、から構成されており、
　前記第１形材は、前記第２形材よりも前記床構体から離れるように配置されている、
ことを特徴とする軌条車両。
　請求項１に記載された軌条車両において、
　前記第１形材と前記第２形材との接合部に段差が設けられ、
　前記第２形材は、前記第１形材に当接する面に、前記段差の位置を決める位置決め部を備え、前記位置決め部は、前記床構体の長手方向に沿って前記第２形材と一体に押出成形される、
ことを特徴とする軌条車両。
　請求項２に記載された軌条車両において、
　前記第１形材は、前記床構体の幅方向における両端部の下部に切欠きを有する、
ことを特徴とする軌条車両。
　請求項１に記載された軌条車両において、
　前記第１形材と前記第２形材とは、第３形材を介して接続されており、前記第３形材は、前記床構体の長手方向に沿って押出成形されるとともに平行四辺形の断面形状を有する、
ことを特徴とする軌条車両。
　請求項１に記載された軌条車両において、
　前記第２形材の上面に、平面視でＸ字状又は井桁状に組み合わされた補強材を設けた、
ことを特徴とする軌条車両。
　請求項１に記載された軌条車両において、
　前記第１形材及び前記第２形材のうち少なくとも一方は、前記床構体と同一の断面形状を有する押出形材を用いて形成されている、
ことを特徴とする軌条車両。