JP2002087262A - 台車枠旋回装置付鉄道車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走行性能を低下せずに曲線旋回性能を向上
し、かつ、従来に比べて簡単な装置構成で、メンテナン
スも容易に行うようにすること。 【解決手段】 車体２と車体２に対し旋回可能な１軸、
２軸又は連接台車３の台車枠３ａ間に介設されたアクチ
ュエータ１と、先頭車両５ａの曲線区間への進入情報に
より曲線半径に応じて台車枠３ａが自己操舵するのを補
助して、曲線半径に応じた旋回作動力を前記アクチュエ
ータ１に付与する制御装置４を備える。 【効果】 台車枠の操舵という簡単な装置構成により輪
軸の強制操舵と同様の作用効果を得て、曲線路通過中で
も駆動装置歯車の噛合い状態や、車輪踏面又はブレーキ
ディスクとブレーキシューとの当り面が変化することが
無い。走行性能を低下させずに曲線旋回性能の向上が図
れる。このことより、鉄道車両の曲線走行時の安全性が
高まり、簡単な装置構成から信頼性と経済性が従来技術
に比べて優れたものになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両が曲線区
間を通過する際に、静かに速くしかも安全に走行するこ
とを可能とするために、鉄道車両用台車を曲線区間の半
径に応じて進行方向に向けて旋回させる装置を備えた鉄
道車両に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両が曲線区間を通過する時には、
車輪の踏面勾配に基づく輪軸の自己操舵機能により、鉄
道車両用台車は曲線方向に回転しようとする。この際、
曲線半径が小さくなると、車輪径差が十分にとれなくな
るので、台車前輪の外軌側車輪のフランジはレール肩部
と激しく接触しながら走行する状態となる。この時、台
車の前軸はレールに対してアタック角を持つことになっ
て、車輪とレール間に大きな横圧を発生するのと同時
に、横方向に大きな滑りを発生する。その結果、きしり
音の発生や、横圧によるレールや車輪フランジの摩耗な
どを引き起こす原因となる。また、横圧の増大による脱
線の危険を回避するために、走行速度に制限が加えられ
る場合もある。

【０００３】上記したような曲線区間での問題を解決す
るための対策として、地上側と車両側の対策がある。こ
のうち、地上側の対策としては、曲線区間の入口に地上
塗油装置を設置し、車両の通過を検知してレール肩部
（コーナ部）に潤滑油を噴射し、車輪フランジが通過し
た時に噴射した潤滑油を踏みつけることで車輪とレール
間の摩擦係数を小さくし、横圧を減少させるもの等があ
る。

【０００４】しかしながら、このような地上から塗油す
るような対策では、曲線毎に装置を設置する必要があ
るので、設置台数が非常に多くなって、塗油装置や塗油
の補給等のメンテナンスに人手と時間がかかる。塗油
にブレーキの火花が引火する可能性がある。塗油量の
設定が難しい。すなわち、塗油量が多いと車輪の踏面に
潤滑油が回って車輪が滑走したり、ブレーキ性能を阻害
して停止距離が増加する危険がある。反対に、塗油量が
少ないと、その効果が無い。という欠点がある。

【０００５】これに対し、車両側の対策としては、車
輪の踏面形状を円弧状として左右の車輪径差を大きく
し、曲線路をスムーズに通過するのに必要な車輪径差を
得て自己操舵を行うもの。曲線半径に応じて輪軸を強
制的に操舵してアタック角を小さくすることにより横圧
を減少させるもの（例えば特開平６- ８７４４６号）。
軸箱の支持剛性を柔らかくして輪軸の自己操舵性を向
上させるもの。さらに輪軸ヨー角の制御を台車枠から
輪軸へのアクチュエータの取り付けによって行い、車両
の振動を防止する方法（例えば特開平３−２５８６５５
号）。台車側に塗油器を設置し、曲線を検知してレー
ルの肩部に油を噴射し、摩擦係数を下げることにより、
横圧を減少させるもの。などがあり、の台車側に塗油
器を設置するものを除いて前述した地上側の対策にあっ
た欠点を解決することができる。なお、の台車側に塗
油器を設置するものでも、地上側に塗油装置を設置する
ものに比べて設置台数が大幅に減少するので、設置台数
が多いことに起因する欠点は解決できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、及び
の車両側の対策にあっても以下のような欠点がある。
の車輪の踏面形状を円弧状として自己操舵を行うもの
は、踏面を円錐状にしたものと比較すると車輪径差は大
きくなるものの、それには限界があるので急曲線路の場
合には効果が少ない。また、の軸箱の支持剛性を柔ら
かくして輪軸の自己操舵性を向上させるものは、直線路
での高速走行時に走行安定性が低下するので、蛇行動が
発生しやすくなる。等、のものは曲線旋回性能の向上
に限界があり、またのものは曲線旋回性能の向上と相
反して走行性能が低下する現象を有するという問題があ
る。

【０００７】これに対して、輪軸の操舵をリンクによっ
て行うものでは、リンクのピンジョイント部が摩耗した
り抉りが発生したりした場合には、操舵性能が悪くなる
という欠点もある。加えて、輪軸を操舵させるためのリ
ンク構成が複雑で、メンテナンスが増加するという問題
もある。さらに、輪軸毎の制御のためアクチュエータの
数が多くなる欠点もある。また、の輪軸を強制的に
操舵するものは、及びのような欠点は無いものの、
台車（台車枠）に対して輪軸を旋回させる構成であるの
で、曲線路走行中は駆動装置の歯車の噛み合い状態が変
化して走行性能が悪化したり、曲線路走行中にブレーキ
力を作用させた場合に、車輪踏面やディスクに対するブ
レーキシューの当り面が変化するので、ブレーキが均等
に作用しなくなったり、ブレーキを作用させた時に台車
枠に対して輪軸の位置が決められるため、操舵力が弱く
なったりするという欠点がある。

【０００８】本発明は、上記したようなマイナス面があ
る輪軸操舵を行わずに台車枠を操舵することで、走行性
能を低下させること無く曲線旋回性能の向上を図り、し
かも、簡単な装置構成で、メンテナンスも容易に行うこ
とができる台車枠旋回装置付鉄道車両を提供することを
目的としている。また、本発明により鉄道車両の曲線走
行時の安全性は高まり、装置の簡単な構成からその信頼
性及び経済性が従来技術に比較して優れたものとなる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の台車枠旋回装置付鉄道車両は、車両の
走行位置情報により曲線区間への車両の進入を検知した
後、制御装置から車体と車体に対して旋回できる台車の
台車枠間に介設されたアクチュエータに、曲線半径に応
じて台車枠が自己操舵するのを補助して曲線半径に応じ
た旋回作動力を付与するようにしている。そして、この
ようにすることで、曲線路通過中であっても、駆動装置
の歯車の噛み合い状態や、車輪踏面又はブレーキディス
クとブレーキシューとの当り面が変化することが無くな
り、輪軸を強制操舵する装置が有していた欠点を解消す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の台車枠旋回装置付鉄道車
両は、車体と車体に対して旋回できる台車の台車枠間に
介設されたアクチュエータと、車両の走行位置情報によ
り曲線区間への車両の進入を検知した後、曲線半径に応
じて台車枠が自己操舵するのを補助して、曲線半径に応
じた旋回作動力を前記アクチュエータに付与する制御装
置を備えたものである。車両の走行位置情報としては、
検知器によって曲線区間の進入を検知するものや、車両
の走行位置情報と軌道管理情報から車両の曲線進入を計
算するもの等がある。

【００１１】本発明の台車枠旋回装置付鉄道車両は、台
車枠に対して輪軸を旋回するのではなく、車体に対して
台車枠が自己操舵方向に旋回するのを補助するようにし
たので、輪軸を強制操舵するものと同様の作用効果を奏
することに加えて、曲線路通過中にあっても、駆動装置
の歯車の噛み合い状態や、車輪踏面又はブレーキディス
クとブレーキシューとの当り面が変化することが無い
等、輪軸を強制操舵する装置が有していた欠点も無く、
走行性能を低下させること無く曲線旋回性能の向上を図
り、しかも、簡単な装置構成で、メンテナンスも容易に
行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の台車枠旋回装置付鉄道車両を
図１〜図３及び図５、図６に示す実施例に基づいて説明
する。図１は２軸台車を備えた本発明の台車枠旋回装置
付鉄道車両を平面方向から見た概略図で、（ａ）はレー
ル方向にアクチュエータを設置したもの、（ｂ）は枕木
方向にアクチュエータを設置したもの、図２は図１
（ｂ）に示した場合の構成図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図、図３は先頭台車のボギー角より各台車
の旋回作動力を制御する場合の説明図で、（ａ）は本発
明の台車枠旋回装置付鉄道車両を側面方向から見た概略
図、（ｂ）は制御装置の説明図、図５は１軸台車を備え
た本発明の台車枠旋回装置付鉄道車両を平面方向から見
た概略図で、レール方向にアクチュエータを設置したも
の、図６は連接台車を備えた本発明の台車枠旋回装置付
鉄道車両を平面方向から見た概略図で、レール方向にア
クチュエータを設置したものである。

【００１３】図１〜図３は２軸台車の例を示したもの
で、１は車体２と台車３の台車枠３ａ間に介設されたア
クチュエータであり、例えば各台車枠３ａ毎に２基ずつ
設けられ、同調してロッドを出退移動させることで、車
体２に対して台車枠３ａを所要角度だけ旋回させるもの
である。このアクチュエータ１は、例えば図１（ａ）に
示した実施例ではレール６の方向に、また図１（ｂ）や
図２に示した実施例では枕木の方向に取付けられてい
る。また、台車枠３ａの回転中心の定まった心皿方式の
台車では、このアクチュエータ１は１基でも良い。

【００１４】４は先頭車両５ａに積載される制御装置で
あり、曲線路の曲線半径を求める手段として、先頭車両
５ａのＮｏ．１台車３Ａのボギー角度を取り込むと、例
えばその取り込んだボギー角度に比例した旋回作動力
を、それぞれ先頭車両５ａのＮｏ．１台車３Ａ、Ｎｏ．
２台車３Ｂ、…最後尾車両５ｎのＮｏ．１台車３Ｎ−
１、Ｎｏ．２台車３Ｎの各台車枠３ａを旋回するアクチ
ュエータ１に出力する。

【００１５】すなわち、先頭車両５ａのＮｏ．１台車３
Ａが曲線に進入したことを検知すると、制御装置４で
は、先頭車両５ａのＮｏ．１台車３Ａのボギー角度を、
その距離補正回路４ａに取り込む。距離補正回路４ａで
は、先頭車両５ａのＮｏ．１台車３Ａから各車両５ａ…
５ｎの各台車までの距離に基づいて、旋回作動力演算器
４ｂに補正値αを出力する。旋回作動力演算器４ｂで
は、この各台車毎の補正値αを考慮して各アクチュエー
タ１に曲線半径に比例した旋回作動力を出力し、半径に
応じて各台車３の台車枠３ａが曲線の方向に沿って自己
操舵するのを補助する。なお、図３に示した実施例で
は、先頭車両５ａのＮｏ．１台車３Ａの速度も同時に取
り込んで前記補正値αを求めるものを示している。

【００１６】そして、各台車３が曲線路を通過したなら
ば、制御装置４は通過した台車３を旋回させるアクチュ
エータ１の旋回作動力を無くするように制御する。

【００１７】ところで、車両が曲線区間に進入したこと
を検知する検知器や、曲線路の曲線半径の検知器の構成
は特に規定されるものではなく、既存の構造のものを採
用すればよい。例えば、曲線路通過時の車体と台車間
の回転角度（回転角度は曲線の曲率に比例する）を測定
するものや、曲線路の入口と出口の軌道側に設置した
ＩＤタグを車上のトランスポンダで検知することで曲線
を検知するものなどである。

【００１８】また、検知器による曲線区間の進入検知や
曲線半径の検知に代えて、先頭車両５ａに搭載した制御
装置４に、予め走行路線の軌道管理情報（地点、曲線半
径、曲線の方向など）を記憶させておき、実際の走行距
離から走行位置情報を取り出し、車両が現在走行してい
る位置の曲線半径、走行方向を計算し、その計算結果に
基づいて各アクチュエータ１への旋回作動力を制御する
ようにしても良い。

【００１９】本発明の台車枠旋回装置付鉄道車両は図１
〜図３に示したような２軸台車を備えたものに限らず、
図５に示したような１軸台車を備えたもの、或いは図６
に示したような連接台車を備えたものでも良いことは言
うまでもない。なお、図１、図２及び図５、図６中の７
は車輪、８は駆動源である主電動機、９は車軸、１０は
空気ばね、１１はブレーキシューを示す。

【００２０】ちなみに、２軸台車を備えた本発明の台車
枠旋回装置付鉄道車両が６０ｋｍ／ｈの速度で半径が３
００ｍの曲線路を走行した際の、車両のＮｏ．１台車と
Ｎｏ．２台車の前軸における外軌側の車輪に作用する横
圧と、アクチュエータへの旋回作動力の関係をシミュレ
ーションした結果を図４に示す。図４における横軸が０
ｋＮのところが、制御なしの場合に前軸における外軌側
の車輪に作用する横圧である。なお、図４中の●印はＮ
ｏ．１台車の前軸における外軌側の車輪、■印はＮｏ．
２台車の前軸における外軌側の車輪についての結果であ
る。

【００２１】図４より明らかなように、アクチュエータ
への旋回作動力を適正に制御した場合には、前軸におけ
る外軌側の車輪に作用する横圧を、理論的には制御しな
い場合の半分以下に減少できることが判る。一方、反対
方向に旋回作動力を制御した場合には、前軸における外
軌側の車輪に作用する横圧が増加する。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の台車枠旋
回装置付鉄道車両は、台車枠に対して輪軸を旋回するの
ではなく、車体に対して台車枠を自己操舵方向に旋回さ
せて車輪とレールのアタック角が減少するようにしたの
で、横圧が減少する。きしり音や振動、騒音等の発
生が大幅に減少する。車輪フランジの摩耗、騒音等の
諸問題が解決する。といった輪軸を強制操舵するものと
同様の作用効果を奏する。

【００２３】加えて、本発明の台車枠旋回装置付鉄道車
両では、曲線路通過中であっても、駆動装置の歯車の噛
み合い状態や、車輪踏面又はブレーキディスクとブレー
キシューとの当り面が変化することが無い等、輪軸を強
制操舵する装置が有していた欠点も無く、走行性能を低
下させること無く曲線旋回性能の向上が図れる。

【００２４】しかも、本発明の台車枠旋回装置付鉄道車
両は、簡単な装置構成で、メンテナンスも容易に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２軸台車を備えた本発明の台車枠旋回装置付鉄
道車両を平面方向から見た概略図で、（ａ）はレール方
向にアクチュエータを設置したもの、（ｂ）は枕木方向
にアクチュエータを設置したものである。

【図２】図１（ｂ）に示した場合の構成図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】先頭台車のボギー角より各台車の旋回作動力を
制御する場合の説明図で、（ａ）は本発明の台車枠旋回
装置付鉄道車両を側面方向から見た概略図、（ｂ）は制
御装置の説明図である。

【図４】本発明の台車枠旋回装置付鉄道車両を採用した
場合の旋回作動力と横圧の関係をシミュレーションした
図である。

【図５】１軸台車を備えた本発明の台車枠旋回装置付鉄
道車両を平面方向から見た概略図で、レール方向にアク
チュエータを設置したものである。

【図６】連接台車を備えた本発明の台車枠旋回装置付鉄
道車両を平面方向から見た概略図で、レール方向にアク
チュエータを設置したものである。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ 車体 ３ 台車 ３ａ 台車枠 ４ 制御装置 ４ａ 距離補正回路 ４ｂ 旋回作動力演算器 ５ａ 先頭車両 ６ レール ７ 車輪 ８ 主電動機 ９ 車軸 １０ 空気ばね １１ ブレーキシュー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 陽 東京都三鷹市新川６丁目38番１号 運輸省 交通安全公害研究所内 (72)発明者 佐藤 安弘 東京都三鷹市新川６丁目38番１号 運輸省 交通安全公害研究所内 (72)発明者 須田 義大 東京都大田区田園調布２丁目33番４号 (72)発明者 仲田 摩智 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品 事業所内 (72)発明者 谷本 益久 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号 住友金属テクノロジー株式会社内 (72)発明者 宮内 栄二 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号 住友金属テクノロジー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体と車体に対して旋回できる台車の台
   車枠間に介設されたアクチュエータと、車両の走行位置
   情報により曲線区間への車両の進入を検知した後、曲線
   半径に応じて台車枠が自己操舵するのを補助して、曲線
   半径に応じた旋回作動力を前記アクチュエータに付与す
   る制御装置を備えたことを特徴とする台車枠旋回装置付
   鉄道車両。