JP6564300B2 - 鉄道車両用台車枠 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用台車枠の構造に関し、具体的には鉄道車両用台車枠を製造する際に用いる部品や溶接部分等を工夫することで、応力集中による影響を緩和する鉄道車両用台車枠に関する。

鉄道車両に用いられる台車枠は、軌道と平行に設けられた側梁と、それと交わるように配置される横梁が接合されて構成されており、その側梁又は横梁には台車枠に配置される駆動装置や制動装置などが取り付けられる。しかしながら駆動装置や制動装置などを取り付ける為のブラケットを溶接によって取り付けることは、応力集中などを緩和する為の作業を要するので、多大な工数を必要とする。

特許文献１には、鉄道車両用台車枠及び製造方法、並びにその台車枠を備えた台車に関する技術が開示されている。液圧プレス工法などを用いて横梁パイプ鋼管に平坦張出し部及びコーナー張出し部を含む張出し部を形成し、この張出し部にブラケットの端部を接合することによって、直線溶接の溶接ビード幅を小さくすると共にブラケット端部の裾をビードにて形成することを廃止でき、溶接量の削減が可能となる。これにより、必要となる仕上げ範囲も狭くでき、溶接歪みの発生も抑制できるため、溶接、仕上げ、歪みとりの各作業ステップの工数低減を図ることが出来る。

特開２０１３―１３３０２３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、横梁パイプ鋼管に平坦張出し部を設けるために液圧プレスなどを用いる必要がある。そして、張出し部を設けることで、従来よりも仕上げ範囲を狭くできるものの、張出し部の形成にそれなりの幅を要する為、更に仕上げ範囲を狭くすることを要求されるケースでは、対応が難しい。例えば、側梁の位置を車輪よりも内側に設ける様な必要性が出てくると、側梁間が狭くなり、ブラケット取り付けスペースが狭くなってしまう。そうなると、任意の場所に駆動装置や制動装置などを取り付けることが困難になることが予想される。

そこで、本発明はこの様な課題を解決する為に、狭い範囲で駆動装置や制動装置を取り付けるためのブラケットを台車枠に設けるにあたって応力集中が緩和可能な構造の鉄道車両用台車枠を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両用台車枠は、以下のような特徴を有する。

（１）横梁と側梁を有し、鉄道車両の動力として備えられるモータを支持するモータ取付板と、前記鉄道車両の車軸に接続される歯車箱を支持する歯車箱取付板と、前記鉄道車両に制動をかけるブレーキを支持するブレーキ取付板の、いずれか２つを備える鉄道車両用台車枠において、前記モータ取付板、前記歯車箱取付板、前記ブレーキ取付板、の少なくともいずれか２つが、一体化した共通の基部を持つ複合取付板を備え、該複合取付板が、前記横梁または前記側梁に溶接されていることにより、応力集中が生じる部分を溶接部ではなく前記複合取付板の母材部分とすること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によれば、前記モータ取付板、前記歯車箱取付板、前記ブレーキ取付板、の少なくともいずれか２つを一体化した部品とすることで、応力集中を低減させることができる。これは、複数の部品を一体化することで、例えばモータ取付板と歯車箱取付板との距離が近いようなケースでも、溶接箇所のビード同士が干渉するなどの問題を引き起こすことが無くなるからである。取付板同士が近いと溶接作業を行うことが困難であるため、溶接箇所の処理が適切で無いと応力集中を引き起こす結果になり易い。しかし、一体型取付板を用いることでこの様な問題を解消できる。また、応力集中が生じる部分を溶接部分から母材部分とすることが出来るため、台車の信頼性を高めることに貢献できる。

本実施形態の、横梁ユニットの平面図である。 本実施形態の、横梁ユニットの側面図である。 本実施形態の、横梁ユニットの断面図である。 本実施形態の、横梁ユニットの裏側からの平面図である。 本実施形態の、台車枠の平面図である。 本実施形態の、台車枠の部分斜視図である。 本実施形態の、横梁ユニットに歯車箱と、モータを取り付けた様子を示す断面図である。 比較のために用意した、従来技術における横梁の平面図である。 比較のために用意した、従来技術における横梁の断面図である。 比較のために用意した、従来技術における横梁の別の断面図である。 本実施形態の、横梁の応力解析結果を示す模式図である。 比較のために用意した、横梁の応力解析結果を示す模式図である。 （ａ）従来技術による台車の平面概略図である。（ｂ）本実施形態による台車の平面概略図である。 本実施形態の、別の形態の複合ブラケットの斜視図である。

まず、本発明の実施形態について図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、横梁ユニット１１５の平面図を示す。横梁ユニット１１５は、後述するレール方向と平行する左右一対の側梁１１０間に設けられる横梁１２０によって構成される。横梁１２０は２本が平行に配置され、連結材１１６が溶接されることで横梁ユニット１１５を形成する。図２に、横梁ユニット１１５の側面図を示す。図１の矢視Ａに相当する。図３に、横梁ユニット１１５の断面図を示す。図１のＢＢ断面に相当する。図４に、横梁ユニット１１５の裏側からの平面図を示す。図２の矢視Ｃに相当し、中心線より右側は省略して示されている。横梁１２０には、複合ブラケット１５０が溶接されている。

図５に、台車枠１００の平面図を示す。台車枠１００は、側梁１１０と横梁ユニット１１５を接合して形成される。図６に、台車枠１００の部分斜視図を示す。複合ブラケット１５０は、基部１５５を共通にした、モータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６を有している。つまり、複合ブラケット１５０は基部１５５とモータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６よりなる。

モータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６は、図２に示されるように異なる高さとなるように設計されており、図１や図４に示すように横梁１２０からそれぞれの端部までの距離も異なっている。この複合ブラケット１５０は１枚の板材をプレス加工などによって必要な形状に成形され、キー１５２やリブ等が別途溶接される事で形成されている。また、機械加工などによる穴開けや、切削加工が必要に応じて行われている。

図７に、横梁ユニット１１５に歯車箱２００と、モータ２１０を取り付けた様子を断面図に示す。図５のＤＤ断面に相当する。歯車箱２００は、車軸２０１に設けられた大径ギア２０２と小径ギア２０３とを納めるケースであり、車軸２０１に貫通されている。また、歯車箱２００はロッド２０５によって歯車箱吊ブラケット１５６に吊られて支持されている。モータ２１０は、歯車箱２００に接続されて駆動力を車軸２０１に伝達している。モータ２１０にはアーム２１１が取り付けられキー１５２とかみ合って位置決めされる。一方でモータ２１０は、支持材２１２によってモータ吊ブラケット１５１に保持される。

本実施形態の鉄道車両用の台車枠１００は上記構成であるので、以下に示す作用及び効果を奏する。本実施形態の台車枠１００は、横梁１２０と側梁１１０を有し、鉄道車両の動力として備えられるモータ２１０を支持するモータ取付板に相当するモータ吊ブラケット１５１と、鉄道車両の車軸２０１に接続される歯車箱２００を支持する歯車箱取付板に相当する歯車箱吊ブラケット１５６とを備える鉄道車両用の台車枠１００において、モータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６が、一体化した共通の基部１５５を持つ複合取付板に相当する複合ブラケット１５０を備え、複合ブラケット１５０が、横梁１２０に溶接されたものである。この結果、台車枠１００に生ずる応力集中の緩和が可能となる。これは、次に説明するような理由による。

図８に、比較のために用意した、従来技術における横梁３２０の平面図を示す。図９に、従来技術における横梁３２０の断面図を示す。図１０に、従来技術における横梁３２０の断面図を示す。図９は図８のＥＥ断面であり、図１０は図８のＦＦ断面である。従来技術における横梁３２０は円筒形のパイプ材を用いて形成され、ブレーキテコ受台３６５、歯車箱吊受３５６、モータ受３５１、及び制輪子吊受台３６１がそれぞれ溶接して設けられている。モータ受３５１にはキー３５２が備えられている。そして、図８に示されるように、歯車箱吊受３５６と制輪子吊受台３６１との距離は非常に近くなっている。また、歯車箱吊受３５６とブレーキテコ受台３６５との距離も非常に近くなっている。この様な構成の場合、溶接ビード同士が非常に近くなってしまい、溶接作業そのものの作業性が悪化する。

また、それ以上に溶接ビード同士が近接することで、歯車箱吊受３５６、及び制輪子吊受台３６１などの横梁３２０に溶接するブラケットの溶接部分付近に応力集中を引き起こし易くなる。この応力集中を下げようとする場合、ブラケットに設けた繋ぎＲを小さくするか、Ｒを排したブラケットを取り付け、溶接ビードの形状で処理する必要がある。

図１１に、本実施形態の、横梁１２０の応力解析結果を模式的に示す。図１２に、比較のために用意した、横梁１２０ａの応力解析結果を模式的に示す。図１２の横梁１２０ａは、図８の構成とは若干異なるが、本実施形態の横梁１２０の応力解析結果と比較するために、同様の構成を選んでいる。示される応力の高さは、色の濃さによって示されている。色が濃い方が応力は高く、薄く示されている方が応力は低い。

前述したように、横梁１２０に設けられるモータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６は基部１５５が共通して形成され、複合ブラケット１５０として横梁１２０に溶接されている。一方で、横梁１２０ａには、モータ吊ブラケット１５１ａと歯車箱吊ブラケット１５６ａとが単体で形成されて横梁１２０ａに溶接されている。この２つの横梁１２０と横梁１２０ａに同じ条件で応力解析を行った結果が、図１１と図１２である。

この結果、図１１と図１２とを比較して分かるように、図１２の溶接方法では応力集中部Ｇと応力集中部Ｈができる一方で、図１１に示す本実施形態の横梁１２０では、図１２程の応力集中は見られず、該当部分は薄い色で示されている。また、図１２の応力集中部Ｇ及び応力集中部Ｈは溶接部分に形成されているが、図１１に示す応力集中部Ｊはモータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６との接続部分に相当する基部１５５に現れている。溶接作業者の技量に左右され易い溶接部分に比べて、品質が保証される母材部分に応力集中部Ｊが出ているので、図１２に示すような従来のブラケットよりも、複合ブラケット１５０を用いることで応力の集中を緩和し、台車枠１００の信頼性を高くすることに貢献できる。

図１３に、台車の平面模式図を示す。図１３（ａ）は従来技術による台車であり、図１３（ｂ）は本実施形態による台車である。説明の都合上、車輪２０７の幅は（ａ）と（ｂ）で揃えてある。二点鎖線で示すのは図示しない車体を支える空気バネ１４０と空気バネ３４０である。従来技術で、本実施形態に示すような複合ブラケット１５０が用いられなかった理由は、より台車の輪重抜けがシビアな条件での使用が求められていなかったことが一因であると考えられる。このため、走行時の揺れなどを緩和する目的で、側梁３１０同士の幅ｘ１が比較的広く採れるように、側梁３１０の内側に車輪２０７が配置される構成とされていることが多い。

しかしながら、鉄道車両の海外展開が求められる様になったために、より輪重抜けなどに対応し易いよう、図１３（ｂ）に示すように側梁１１０の間の幅ｘ２をより狭くする事が求められている。つまり、側梁１１０の外側に車輪２０７が配置されるように構成される。この結果、横梁１２０に溶接するブラケット同士の間隔が狭くなる傾向にあり、機器の配置場所によっては、図８に示すような形でブラケット同士の間隔が狭く、溶接作業などに影響が出る程となってしまう事もある。

本実施形態では、そうした事情を鑑みて、図６に示すような、モータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６を一体化させた複合ブラケット１５０を横梁１２０に溶接する構成としている。この結果、溶接に関する作業性を向上することが可能となり、前述したような応力集中の緩和に寄与することが可能となった。なお、複合ブラケット１５０は、モータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６の一体化に限定されるものではない。図１４に、複合ブラケット１５０Ｂを示す。図１４では、歯車箱吊ブラケット１５６とブレーキテコ受台１６５を一体化した複合ブラケット１５０Ｂを示している。このような複合ブラケット１５０Ｂも複合ブラケット１５０と同様の効果が得られる。

以上、本発明に係る鉄道車両用台車枠の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、複合ブラケット１５０の組み合わせを変える事を妨げない。モータ吊ブラケット１５１と歯車箱吊ブラケット１５６を組み合わせたり、モータ吊ブラケット１５１とブレーキテコ受台１６５を組み合わせたり、その他の組み合わせを採用することを妨げない。また、本実施形態では横梁１２０にパイプ状の部材を用いているが、例えばプレス形成した部材を用いてモナカ状やハット状に形成した横梁１２０にしても良い。また、それらを組み合わせた横梁１２０を用いることを妨げない。

１００ 台車枠
１１０ 側梁
１２０ 横梁
１５０ 複合ブラケット
１５１ モータ吊ブラケット
１５５ 基部
１５６ 歯車箱吊ブラケット
１６５ ブレーキテコ受台

Claims (1)

1. 横梁と側梁を有し、鉄道車両の動力として備えられるモータを支持するモータ取付板と、前記鉄道車両の車軸に接続される歯車箱を支持する歯車箱取付板と、前記鉄道車両に制動をかけるブレーキを支持するブレーキ取付板の、いずれか２つを備える鉄道車両用台車枠において、
   前記モータ取付板、前記歯車箱取付板、前記ブレーキ取付板、の少なくともいずれか２つが、一体化した共通の基部を持つ複合取付板を備え、
   該複合取付板が、前記横梁または前記側梁に溶接されていることにより、応力集中が生じる部分を溶接部ではなく前記複合取付板の母材部分とすること、
   を特徴とする鉄道車両用台車枠。

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