JP4388353B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、着雪防止手段を備えた鉄道車両に関するものである。

鉄道車両へ着雪が生じると、着雪した雪が塊として地面に落下した際、その衝撃で軌道上のバラストと呼ばれる石を跳ね上げ、床下機器を損傷させるという問題がある。
特に、車両を支持し駆動させる台車が存在する空隙部には、多くの着雪が観測されている。この台車空隙部においては、車両表面に沿って流れてきた、雪を含んだ主流の空気流れ（以下、主流という）が、台車空隙部の進行方向前側塞ぎ板において剥離し、台車内部の機器類の周りを流れ、そして後側塞ぎ板に付着する。
一般に、着雪は流れの圧力が高く流速の遅いよどみ領域に発生しやすい。そのため、鉄道車両の台車空隙部においては、雪を含んだ主流は、台車内部の機器類や下流側の塞ぎ板によってせき止められてよどみ領域が形成されて着雪を発生する。
従って、台車部の着雪を防止する方法としては、着雪箇所周りの形状変更により流れを局所的に制御し、着雪箇所となるよどみ領域を小さくする方法と、雪を含んだ主流を台車内部に入り込むのを抑制する方法とが考えられる。

着雪箇所周りの形状を変更し、よどみ領域を小さくする着雪の防止手法として例えば、特開平９−２６４０１１公報、特開平１０−２０４８３４公報などが挙げられる。
特開平９−２６４０１１公報に記載の構造は、道路標識表面の鉛直上部に整流板を設置して流れを一方向に流すことによって、着雪箇所となる道路標識表面に流れのよどみ領域を発生させない方法である。
また、特開平１０−２０４８３４公報に記載の構造は、防眩装置自体を角柱形状から円柱形状とし、よどみ領域の縮小をはかり、着雪を防止するものである。

また、主流が台車内部に入り込むのを抑制する方法として、特許第３１７３２５５号がある。これは台車下部に台車機器を覆うような台車カバーを設置し、台車機器にあたる流れを抑制することで、騒音を低減するのものである。

特開平９−２６４０１１公報

特開平１０−２０４８３４公報 特許第３１７３２５５号公報

上述したように、鉄道車両床下部に着雪が起こると、着雪した雪が塊となって地面に落下し、その衝撃で軌道上の石を跳ね上げ、跳ね上げられた石で床下機器を損傷させるという問題がある。
これを防ぐため、積雪を検出した場合、現状では車両の走行速度を制限している。しかしながら、走行速度を制限することは近年の高速化時代に逆行することになるため、鉄道会社から床下台車部への着雪低減要求が極めて高い。

本発明の目的は、床下台車部の着雪を低減できる着雪防止手段を備えた鉄道車両を提供することにある。

上記の目的は、車両本体が進行する方向の前側と後側に設けられた塞ぎ板で形成された空隙と、この空隙内に設置されるとともに、台車枠と、両端に車輪を有し進行方向に対して２本有する車軸と、前記車軸を結合する軸受が内装されている軸箱と、前記台車枠と車両本体を結合し駆動力を伝達する一本リンクからなる台車を備えた鉄道車両において、
前記空隙部に前記車両本体の前後方向の前後縁形状が流線形となった整流部材を設け、この整流部材は、前記一本リンクを避けるように台車の枕木方向に２箇所設置されると共に、下面が前記車両本体の床下面と略同一高さとなるように設置されることにより達成される。

また、上記目的は、前記整流部材の前縁及び後縁の断面形状が円若しくは楕円であることにより達成される。

上記の目的は、前記整流部材を前記車両の進行方向に対して左右に分離するとともに、前記整流部材の車両進行方向と垂直な横方向の寸法を、前記軸箱より外側まで大きくしたことにより達成される。

上記の目的は、前記整流部材を前記車両の進行方向に対して左右に分離するとともに、前記整流部材の車両進行方向と垂直な横方向の寸法を、車輪内側まで短縮したことにより達成される。

上記の目的は、前記整流部材が前記車両の進行方向と垂直な横方向に可動可能であることにより達成される。

本発明によれば、床下台車部の着雪を低減できる着雪防止手段を備えた鉄道車両を提供できる。

ところで、一般的な鉄道車両台車を図１１で説明する。
図１１において、車両本体１に搭載された台車は進行方向の前側にある塞ぎ板１０と後方の塞ぎ板１１によって形成された空隙内に設置されている。この台車は進行方向２１に対して、２本の車軸３を有し、それぞれの車軸３周りの機器は同様な配置となっている。駆動台車の場合は車輪駆動用モータ４が、ギアボックス５内のギアを介して、車軸３に結合されており、車輪２を回転させる。その他に台車枠６と、車軸３を結合する軸受けが内装されている軸箱７や、台車枠６と車両本体１を結合し駆動力を伝達する一本リンク８からなる。また、台車中心には増圧シリンダカバー９が２つ進行方向に対して左右に配置される。

この一般的な鉄道車両台車周りにおける空気流れを図４の模式図で説明する。
図４において、一般的な車両の本体１に搭載された台車に対し、雪を含んだ流れ２２は増圧シリンダカバー９によって大きくせき止められ、この部分によどみ領域が形成されて着雪９Ａが発生してしまう。また増圧シリンダカバー９が無い、進行方向と垂直な横方向の台車中心部および、軸箱位置の個所では、雪を含んだ流れ２２が台車内部に入り込み台車構成機器に直接当たるため、その表面にも着雪９Ａが発生する。

これら床下台車部への着雪を防止するために、前述した２つの方法（特許文献１、２に記載された方法と特許文献３に記載された方法）、着雪箇所周りの形状を変更してよどみ領域を小さくする方法、台車下部に台車機器を覆うようなカバーを設置する方法とがあるが、これらの方法には次のような問題点がある。

第１の方法である、着雪箇所周りの形状を変更してよどみ領域を小さくする方法にあっては、鉄道車両の台車は車輪、車軸、モータ、ギアボックス、軸箱、増圧シリンダカバー等多くの機器から構成されており、それら全ての機器の着雪を防ぐためには、全ての機器の形状変更が必要であり費用の点で問題がある。

また、第２の方法である、台車下部に台車機器を覆うような台車カバーを設置した場合は次のような問題点があるので、その問題点を図９、図１０を用いて説明する。
図９において、車両本体１に搭載された台車は進行方向の前側にある塞ぎ板１０と後方の塞ぎ板１１によって形成された空隙内に設置されている。この台車は進行方向２１に対して、２本の車軸３を有し、それぞれの車軸３周りの機器は同様な配置となっている。駆動台車の場合は車輪駆動用モータ４が、ギアボックス５内のギアを介して、車軸３に結合されており、車輪２を回転させる。
その他に台車枠６と、車軸３を結合する軸受けが内装されている軸箱７や、台車枠６と車両本体１を結合し駆動力を伝達する一本リンク（図示せず）からなる。１２は台車カバーであり、台車中心でかつ車両の進行方向に対して左右に２個配置に取り付けられた増圧シリンダカバー（図示せず）を覆うものである。この台車カバー１２は前記一本リンク及び増圧シリンダカバーを広範囲に覆うものである。

確かに、この台車カバー１２で車輪を除く台車全域を覆ってしまえば床下台車部への着雪を防止することが可能であるが、走行時の流体力変動が台車からカバーに伝播して振動による騒音が発生することや、台車カバー１２が台車の保守作業を邪魔して作業を困難にしてしまことなどから、カバーの取り付けは現実的ではない。

このように台車全域を覆うカバーによることなく、台車への積雪小さくすることを本発明の発明者らが種々検討した結果、以下のような実施例を得た。
以下、本発明の実施例を順次説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を模式的に示した平面図である。
図１において、車両本体１に搭載された台車は進行方向の前側にある塞ぎ板１０と後方の塞ぎ板１１によって形成された空隙内に設置されている。この台車は進行方向２１に対して、２本の車軸３を有し、それぞれの車軸３周りの機器は同様な配置となっている。駆動台車の場合は車輪駆動用モータ４が、ギアボックス５内のギアを介して、車軸３に結合されており、車輪２を回転させる。

その他に台車枠６と、車軸３を結合する軸受けが内装されている軸箱７や、台車枠６と車両本体１を結合し駆動力を伝達する一本リンク８からなる。１３は整流部材であり、台車の枕木方向に２個（車両進行方向に対し左右に一つずつ）設置されている。

この整流部材１３は、一本リンク８を避けるようにして左右２箇所に設置されているので、一本リンク８が鉛直下側から視認できる状態になっている。これは、保守時の作業性が向上に繋がる。

図２は第１の実施例における流線形整流部材の縦断面図である。
図２において、整流部材１３は前後縁形状が流線形となっているので、整流部材自体が大きなよどみ領域が形成されなくり、整流部材１３自体の着雪を低減できる。

図３は第１の実施例における流れを示す模式図である。
尚、図３を説明するために流線形の整流部材が無い状態の流れを図５の模式図と比較して説明する。
図５において、整流部材１３が無い場合は、車両表面に沿って流れてきた雪を含んだ流れ２２が、車両進行方向前側塞ぎ板で一旦剥離し、台車空隙部に多く入り込み、後側車軸周りのモータ、ギアケース、軸箱等の台車機器に直接衝突するため、多くの着雪７Ａや１１Ａとなって発生する。

これに対し、図３のように流線形の整流部材１３がある場合は、雪を含んだ主流は、車両進行方向前側塞ぎ板で一旦剥離し、整流部材表面に着雪した後にもう一度剥離し、下流側塞ぎ板に着雪する。
このように流れを流線形の整流部材に付着させることで、台車空隙部への流れ込みを抑制し、台車機器の着雪を低減できる。この整流部材の鉛直下面を車両床下面と略同一高さとすると、台車空隙部への流れの入り込みを大きく抑制でき、着雪を大きく低減できる。

また、この流線形整流部材の車両進行方向と垂直な横方向の寸法を、軸箱より外側まで大きくすることによって、モータ、ギアボックス、軸箱等のほぼ全ての台車機器に、雪を含んだ主流が直接衝突することを抑制できるので、その結果、ほぼ全ての台車機器の着雪を防止することができる。

図６は第２の実施例を示す図１相当図である。
図６が図１に示す第１の実施形態と異なる点は、台車空隙部に設置する整流部材１３の車両進行方向と垂直な横方向寸法を、車輪付近まで短縮した点である。
これにより、２つの車輪に挟まれた流れは前記図１に示す実施の形態と大きく変化することがないので、第１の実施形態と同様に着雪防止効果が得られる。

一方、軸箱の位置に流線形の整流部材１３が無いため、鉛直下方から雪を含んだ流れが巻き上がり、軸箱に衝突する流れは多くなり、着雪は若干悪化する。しかし、軸箱にあたる流れは車両進行方向と垂直な横側からの流れ込みも多く、この横側からの着雪に対する寄与も大きいため、整流部材短縮による着雪増加の影響はそれほど大きくない。また、本実施例によれば、第１の実施例より、保守時の作業性が向上する。

図７は第３の実施例を備えた図１相当図である。
図７が第１の実施例と第２の実施例と異なる点は、台車空隙部に設置する流線形の整流部材の、車両進行方向と垂直な横方向寸法を、車輪内側まで短縮した点である。
２つの車輪の内側に挟まれた流れは前記図１および図２に示す実施の形態と大きく変化することがないので、第１および第２の実施形態と同様に着雪防止効果が得られる。一方、車輪部では、車輪の位置に整流部材が無いため、車輪にあたる雪を含んだ流れが多くなるものの、車輪自体は回転しているため着雪の悪化はわずかである。そのため整流部材短縮による着雪の影響はそれほど大きくない。
尚、本実施例によれば、第２の実施例よりも更に保守時の作業性が向上する。

図８は第４の実施例を示す図２相当図である。
本実施例が第１、第２、および第３の実施例と異なる点は、台車空隙部に設置する整流部材の前後縁形状を、円形もしくは楕円形とした点である。
このようにした場合においても、整流部材自体が大きなよどみ領域を形成しないことから、整流部材自体の着雪を低減することができ、また台車全体の流れは図１、図７、および図８に示す実施例と大きく変化することがないので第１、第２、および第３の実施例と同様に着雪防止効果が得られる。

本実施例の整流部材１３は、例えば図４に示されている増圧シリンダカバー９を図２若しくは図５に示したような整流部材１３の形状に変更しても同じ効果を得ることができる。
即ち、台車全体の流れは図１、図６、図７および図８に示す実施の形態と大きく変化することがないので、第１、第２、第３および第４の実施形態と同様に着雪低減効果が得られる。

以上の如く、本発明によれば、鉄道車両の台車空隙部内部に設けられた流線形の整流部材により、雪を含んだ主流が台車内部に入りこむことを抑制することができるので、モータ、ギアボックス、軸箱等の台車を構成する多くの機器に、雪を含んだ主流が直接衝突することを避けることができ、着雪を防止することができる。また、台車内部に設置する流線形の整流部材を複数とすることで、一つの整流部材にかかる流体力変動を小さくすることができ、強度信頼性の点でも問題を解決できる。また、整流部材を主要着雪箇所である台車機器の周囲にのみ設置することで、保守性の点でも問題を解決できる。また、整流部材を、車両進行方向と垂直な横方向に可動式とすることで、走行時の安全性を確保するとともに、保守時の作業性が向上する。

図１は、本発明の第一の実施例を示す平面図である。 図２は、本発明の第一の実施例における整流部材の縦断面図である。 図３は、本発明の第一の実施例における、流れを示す側面図である。 図４は、従来の台車構造における、流れを示す側面図である。 図５は、従来の台車構造における、増圧シリンダが無い場合の、流れを示す側面図である。 図６は、本発明の第二の実施例を示す平面図である。 図７は、本発明の第三の実施例を示す平面図である。 図８は、本発明の第四の実施例を示す整流部材の縦断面図である。 図９は、特許第３１７３２５５号記載の実施例を示す平面図である。 図１０、は特許第３１７３２５５号記載の実施例を示す側面図である。 図１１は、従来の台車構造を示す平面図である。

符号の説明

１…車両、２…車輪、３…車軸、４…モータ、５…ギアボックス、６…台車枠、７…軸箱、８…一本リンク、９…増圧シリンダカバー、１０…前側塞ぎ板、１１…後側塞ぎ板、１２…台車カバー、１３…整風構造、２１…車両進行方向、２２…床下流れ、２３…地面。

Claims (5)

1. 車両本体が進行する方向の前側と後側に設けられた塞ぎ板で形成された空隙と、この空隙内に設置されるとともに、台車枠と、両端に車輪を有し進行方向に対して２本有する車軸と、前記車軸を結合する軸受が内装されている軸箱と、前記台車枠と車両本体を結合し駆動力を伝達する一本リンクからなる台車を備えた鉄道車両において、
   前記空隙部に前記車両本体の前後方向の前後縁形状が流線形となった整流部材を設け、この整流部材は、前記一本リンクを避けるように台車の枕木方向に２箇所設置されると共に、下面が前記車両本体の床下面と略同一高さとなるように設置されることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載される鉄道車両において、
   前記整流部材の前縁及び後縁の断面形状が円形若しくは楕円であることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１に記載される鉄道車両において、
   前記整流部材を前記車両の進行方向に対して左右に分離するとともに、前記整流部材の車両進行方向と垂直な横方向の寸法を、前記軸箱より外側まで大きくしたことを特徴とする鉄道車両。
4. 請求項１に記載される鉄道車両において、
   前記整流部材を前記車両の進行方向に対して左右に分離するとともに、前記整流部材の車両進行方向と垂直な横方向の寸法を、車輪内側まで短縮したことを特徴とする鉄道車両。
5. 請求項１に記載される鉄道車両において、
   前記整流部材が前記車両の進行方向と垂直な横方向に可動可能であることを特徴とする鉄道車両。

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