JP2012183841A - 鉄道車両構体 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンと発電機を備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供すること。
【解決手段】側構体２０を構成する中空押出形材に設けたルーバー窓部２４，２４は、四角形の開口を対角線で分断した２つの三角形の開口から構成される。前記対角線は側構体２０の長手方向の端部方向の上角から中央方向の下角に延伸し、前記開口の角には円弧で縁取られる。ルーバー窓部補強部材５０を、当部材と前記開口の縁に隙間を空けた状態で沿わせ、側構体２０の車内側面板に接合する。該構成では、エンジンや発電機などの重量物により側構体に作用するせん断荷重を、上記対角線上に位置する中空押出形材と開口周囲に接合された補強が負担するので、剛性と強度が低いアルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、変形の集中する側構体の開口部の変形を抑制できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンと当該エンジンによって運転される発電機とを備える鉄道車両に関し、特に、アルミニウム合金で構成された鉄道車両構体を有する鉄道車両に関する。

エンジンと発電機とを備える鉄道車両の例として、電気式ディーゼル機関車が挙げられる。電気式ディーゼル機関車は、エンジンと発電機と主変換機と主電動機を備える車両であって、ディーゼルエンジンによって運転される発電機が生み出す電力を、主変換機によって周波数と電圧とが制御された電力に変換し、その電力をエネルギーに用いて、台車に備えられる主電動機を回転させることによって、牽引力を得る機関車である。

ここで、内燃機関であるエンジンと当該エンジンによって運転される発電機においては、それら表面から多くの熱が機関車内に放出されるため、これらエンジンと発電機を効率的に冷却する必要がある。このため、機関車の内部に送風機を備えるとともに、機関車の側構体にエアーフィルタが備えられた開口部を設け、この開口部から機関車の内部に取り入れられた冷却用空気を、ダクトなどを介してエンジンと発電機を備える機器室へ導き、エンジンと発電機から熱を奪って冷却し、温度が高くなった空気を、送風機によって機関車の外部へ排出している。

特許文献１に、電気式ディーゼル機関車の冷却構造に関する技術が記載されている。この電気式ディーゼル機関車の冷却構造は、図１３に示すように、窓のない送風機室３１７の両側に仕切壁３１２，３１２を介して機関室３１６，３１６を設け、各機関室３１６の外側に仕切壁３１２を介して制御機器室３１５を設け、さらにこの外側の車体の両端に運転室３１４を設けた構造となっている。各仕切壁３１２の外板側にはドア３１３を設けて、運転室３１４からの見通しをよくする。送風機室３１７の主送風機３０５で吸入する外気は、機関室３１６の外板のエアーフィルタ３０６から吸入ダクト３０７を介して導く。制御機器室３１５の外板にもエアーフィルタ３１０を設け、このエアーフィルタ３１０を通過した外気で制御機器室３１５と機関室３１６の機器を表面から冷却する。エンジン３０３と制御装置３０１および電源装置３０２の内部を冷却する空気は、主送風機３０５から車体の床下を経て供給される。なお、３０４は主発電機、３０８は吸気フィルタ、３１１はマフラである。

特開平１０−２０３３５９号公報

電気式ディーゼル機関車は、電気機関車と異なり、主変換機と主電動機の他に、エンジンと発電機を車載するため、その重量が大きくなる傾向がある。電気式ディーゼル機関車の大きな重量は、車輪とレールとの粘着性を高める効果があるものの、特に高速で走行する場合には軌道への負担が大きく、軌道の保守作業の頻度が高まる場合には保守作業に要するコストが増大する恐れがある。また、走行に必要なエネルギーも増大するため、エネルギーコストに加えて環境への負荷も大きくなる。

一方で、近年、鉄道車両の重量を小さくするために、鉄を主体として構成していた鉄道車両構体を、密度の小さいアルミニウム合金で構成した鉄道車両が開発されている。アルミニウム合金製の鉄道車両構体は、鉄製の鉄道車両構体と比較して、重量が小さくなる可能性があるが、同時に、剛性と強度が低下する恐れもある。鉄道車両構体の剛性の低下は、鉄道車両の乗心地悪化の要因になるため、アルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、鉄製の鉄道車両構体と同等の剛性を確保する必要がある。

ここで、エンジンと発電機を備える鉄道車両に、アルミニウム合金製の鉄道車両構体を適用する場合、エンジンや発電機などの大きな重量が作用する中で、十分な剛性と強度を確保する必要がある。通常、車両構体の長手方向の前後の台車によって支持されている台枠（床構造）にエンジンや発電機などの大きな重量が作用すると、台枠に立設（接合）される側構体には面内のせん断変形を生じ、側構体の開口部には特に変形が集中する。したがって、側構体の開口部における剛性と強度の確保は、重要な課題となる。このように、エンジンと発電機を備える鉄道車両において、鉄道車両構体の軽量化と、剛性及び強度の確保とを両立する点において、解決すべき課題がある。
本発明の目的は、エンジンと発電機を備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明による鉄道車両構体は、上面を構成する屋根構体と両側面を構成する２枚の側構体と下面を構成する台枠からなり、エンジンと発電機を内部に備える鉄道車両構体において、前記側構体を対向する２枚の面板をリブで接続したアルミニウム合金製の中空押出形材から構成し、前記側構体に前記エンジンと前記発電機を冷却する冷却用空気を前記鉄道車両構体の外部から内部に取り入れるための空気取り入れ口を設け、前記空気取り入れ口は、四角形の開口をその対角線に配置した部材で分割した２つの三角形の開口からなることを特徴としている。

側構体の開口部（ルーバー窓部）に作用する過大なせん断荷重は、開口の対角線に配置された部材が負担可能となり、剛性と強度が低下する恐れのあるアルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、側構体の開口部における変形を十分に抑制できる。

本鉄道車両構体において、前記対角線に配置した部材は前記四角形の開口の前記鉄道車両構体の端部方向の上角から前記鉄道車両構体の中央方向の下角に向かって配置することができる。せん断荷重を負担する中空押出形材を、引張荷重が作用する鉄道車両構体の端部方向の上角から中央方向の下角に向けた対角線に沿って配置する場合には、エンジンと発電機の重量によって、当該部材には圧縮荷重ではなく引張荷重が作用するので、座屈を生じることを防止することができる。

前記対角線に配置した部材は前記中空押出形材そのものであり、前記三角形の開口の縁に沿って、前記鉄道車両構体の内部に位置する前記面板の表面に補強部材を接合することができる。また、前記対角線に配置した部材は前記中空押出形材そのものであり、前記三角形の開口の縁に沿って前記中空押出形材の端面に補強部材を接合することができる。これらの補強部材の接合により、変形が集中する側構体の開口部における剛性と強度をより向上することができる。

本鉄道車両構体において、前記三角形の開口の角は、その角を構成する２つの辺に接する円弧で縁取ることができる。また、それと同時に補強の縁と開口の縁に隙間を設けることができる。円弧での縁取りや隙間の設置によって、開口の角における応力集中が緩和されることで応力集中に起因した開口の角の強度低下を抑制できるとともに、開口の縁における接合時の熱影響を隙間が吸収することで熱影響に起因した開口の縁の強度低下を抑制できる。

本鉄道車両構体において、前記対角線に配置した部材と前記四角形の開口の縁は一体の開口部補強部材によって構成することができる。また、前記開口部補強部材は複数の部品を溶接することにより製作することができる。或いは、前記ブロックは削り出し加工することにより一体に製作することができる。さらに、前記開口部補強部材には、前記三角形の開口に設置されるエアーフィルタの受けを設けることができる。

本鉄道車両構体において、前記鉄道車両構体の内部には前記エンジンと前記発電機を冷却するための冷却器を設け、前記空気取り入れ口は前記エンジンと前記発電機の近傍及び前記冷却器の近傍の２箇所に設けることができる。

本発明によれば、上面を構成する屋根構体と両側面を構成する２枚の側構体と下面を構成する台枠からなり、エンジンと発電機を内部に備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供できる。
即ち、本鉄道車両構体によれば、対向する２枚の面板をリブで接続したアルミニウム合金製の中空押出形材から構成される側構体に、エンジンと発電機を冷却する冷却用空気を鉄道車両構体の外部から内部に取り入れるための空気取り入れ口が設けられるが、この空気取り入れ口は四角形の開口をその対角線に配置した部材で分断した２つの三角形の開口から構成しているので、過大なせん断荷重は、開口の対角線に配置された中空押出形材と開口の周囲に接合された補強によって負担可能となり、空気取り入れ口周りの構造を強化することができる。

図１は、エンジンと発電機とを搭載しており且つ本発明による鉄道車両構体が適用される鉄道車両の側面図である。 図２は、図１に示した鉄道車両のＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１に示した鉄道車両の側面の一部を取り除いて、鉄道車両に搭載された各機器を示す図である。 図４は、乗務員室用空調装置および屋根カバーなどを取り除いた状態の図であって、屋根および台枠の上面に搭載される各機器の配置を示す上面図である。 図５は、図１に示した鉄道車両のＢ−Ｂ断面図である。 図６は、図１に示した鉄道車両のＣ部の拡大図であって、ルーバー窓部の構造を車内側から見た模式図である。 図７は、図１に示した鉄道車両のＣ部の拡大図であって、ルーバー窓部のその他の構造を車内側から見た模式図である。 図８は、図１に示した鉄道車両のＣ部の拡大図であって、ルーバー窓部のその他の構造を車内側から見た模式図である。 図９は、図１に示した鉄道車両のＣ部の拡大図であって、ルーバー窓部のその他の構造を車外側から見た模式図である。 図１０は、図９に示したルーバー窓部のＤ−Ｄ断面図である。 図１１は、開口周縁部補強部材の正面図である。 図１２は、開口部補強部材の正面図である。 図１３は、従来のエンジンと発電機とを搭載した鉄道車両の屋根カバーなどを取り除いた状態の上面図である。

以下、図面を参照して、本発明による鉄道車両構体の実施の形態を説明する。
図１は、エンジンと発電機とを備えた鉄道車両の側面図である。図１に示す鉄道車両は、エンジンによって発電機を運転することで電力を得る設備を備えた電源車２００である。電源車２００は、床面を構成する台枠１０と、台枠１０の幅方向（枕木方向）の両端に立設される側構体２０，２０（一方の側構体のみ図示）と、台枠１０の長手方向の一方の端部に備えられる乗務員室１００と、台枠１０の長手方向の他方の端部に立設される妻構体３０と、乗務員室１００、側構体２０，２０及び妻構体３０の上端部に配設される屋根枠４０と、から成る構体を備えている。台枠１０の長手方向の両端部の下面には枕梁５，５が備えられ、枕梁５，５に対応して電源車２００を支持する台車９，９が配置されている。妻構体３０の車外側には、乗務員室１００に乗務する運転手や車掌などが、電源車２００から隣接する鉄道車両（図示なし）へ行き来する時の通路をなす連結幌３２が備えられている。

電源車２００の内部に外気を導入するため、側構体２０，２０には、細長い羽板が隙間を開けて並べて構成されたルーバーを備えるルーバー窓部２４，２４が備わっている。乗務員室１００に近い側のルーバー窓部２４は、エンジンと発電機とを冷却するための外気の導入用に設けられている。連結幌３２に近い側のルーバー窓部２４は、エンジンを取り囲む態様で配設される循環パイプの内部を流れる冷却水から熱を奪い大気へ放出する冷却器を冷却するための外気を取り入れるために設けられている。

屋根枠４０の乗務員室１００に近い部位には、乗務員室１００内の温度、湿度を調整するとともに、換気する乗務員室用空調装置４６，４６が備えられる。乗務員室用空調装置４６，４６を２台搭載することにより、空調装置故障時に対する冗長性を高めるとともに、乗務員室１００内に備えられる車内信号設備などの電気機器などの発熱に見合う冷房能力を備える。屋根枠４０の長手方向の中央部には、側構体２０，２０や屋根枠４０の構体に対して着脱可能な屋根カバー４２，４２が備えられる。屋根カバー４２，４２は、電源車２００にエンジン、発電機、冷却器などを載せる或いは降ろす時などに必要に応じて構体から取り外され、これを取り外すことで屋根枠４０に開いた開口を通してエンジン、発電機、冷却器などの機器を通過させることができる。

台車９，９の間の台枠の下面には、エンジンに供給する燃料を搭載する燃料タンク１６ａ、発電機で発電された交流電力を直流電力に変換するコンバータ１８、エンジンを着脱する際に漏れ出す油などを回収する廃油タンク１６ｂなどが搭載される。

図２は、図１に示される鉄道車両の台枠の直上の高さ位置において台枠に平行な平面Ａ−Ａで切断した断面図である。電源車２００において、台枠１０の長手方向の端部（乗務員室１００及び妻構体３０の近傍）は、連結器（図示なし）と台車９，９からの荷重に耐えられる強度を備えるため、台枠１０の長手方向に沿った２本の中梁３，３と枕梁５を台枠１０の下面に溶接して高い剛性を備えた構造とされている。台車９，９に備えられる空気ばね受７，７が枕梁５，５の枕木方向の両端部の下面を支えている。

図３は、図１に示される鉄道車両の側面の一部を取り除いて、鉄道車両に搭載された各機器を示した側面図である。電源車２００には、温度及び湿度などの環境の異なる各機器室が車両長手方向に区分して備えられており、これら各機器室は４枚の隔壁２６Ａ乃至隔壁２６Ｄによって仕切られている。燃料との混合のためエンジン６０の内部に取り入れられる空気から塵埃などを取り除くための給気フィルタ６２並びにエンジン６０で駆動される発電機７０が載置される発電機・給気フィルタ室１１０と、エンジン６０が載置されるエンジン室１２０とは、隔壁２６Ｂによって仕切られている。エンジン室１２０と、エンジン６０のシリンダなどが高温の燃焼ガスで壊れないように冷却する冷却水の温度を適温に維持するための冷却器６４が載置される冷却器室１３０とは、隔壁２６Ｃによって仕切られている。また、発電機・給気フィルタ室１１０と乗務員室１００とは隔壁２６Ａによって、冷却器室１３０とブレーキ機器室１４０とは隔壁２６Ｄによって、それぞれ仕切られている。

給気フィルタ６２は、給気管６５を通じて、隣接するエンジン室１２０に設置されるエンジン６０の給気口の過給機に接続される。給気管６５は、発電機・給気フィルタ室１１０とエンジン室１２０とを仕切る隔壁２６Ｂを貫通して配置されている。

エンジン６０が載置されるエンジン室１２０には、エンジン６０の表面から放出される熱を車外へ排出するための送風機６１が備えられている。送風機６１による排気作用によって、エンジン６０を冷却する車外空気は、ルーバー窓部２４を経て発電機・給気フィルタ室１１０に導入された後、発電機・給気フィルタ室１１０とエンジン室１２０と仕切る隔壁２６Ｂに備えられる通風孔（図示なし）からエンジン室１２０の内部に流入する。

送風機６１に接続する排気ダクトは隔壁２６Ｃを貫通して配設されており、エンジン６０の廃熱は送風機６１によって隣接する冷却器室１３０へ一旦導かれた後、冷却器６４が備える大径のファンによって電源車２００から車外へ排出される。なお、エンジン室１２０において、送風機６１に替えて、エンジン室１２０の上面を覆う屋根カバー４２にファン（図示なし）を備え、エンジン６０の廃熱を隣接する冷却器室１３０へ導くことなく、エンジン室１２０から直接車外へ排出してもよい。

図４は、乗務員室用空調装置４６，４６および屋根カバー４２，４２などを取り除いた状態を示す図であって、屋根枠４０及び台枠１０の上面に搭載される各機器の配置を示す上面図である。乗務員室１００の台枠１０の上面には主に信号設備に関係する電気機器７２が備えられ、冷却器室１３０の屋根枠４０の上面にはブレーキ抵抗器６６などが備えられる。ブレーキ機器室１４０の屋根枠４０の上面には、電力の高調波や脈流成分を除去するフィルタリアクトル７４、圧縮機と空気タンクとからなるブレーキ装置６８などが備えられる。

発電機・給気フィルタ室１１０とエンジン室１２０の台枠１０の上面に載置された発電機７０、エンジン６０などは、台枠１０の長手方向に沿って配設された第１梁としての２本の梁１２，１２と、台枠１０の幅方向に沿って配設された第２梁としての複数の梁１４，１４，１４と、梁１４の長手方向（台枠１０の幅方向）の両端部を接続するとともに、第１梁にほぼ平行に配設され、且つ、第１梁よりも台枠１０の幅方向の両端部寄りに配設される複数の第３梁としての梁１３，１３とから構成される台座１７の上面に備えられる。その他、図１及び図３に符号を付して示した機器などについては、同じ符号を付して示すことで、再度の説明を省略する。

図５は、図１に示した鉄道車両のＢ−Ｂ断面図である。台枠１０及び側構体２０，２０は、対向する２枚の面板をリブで接続したアルミニウム合金製の中空押出形材から構成される。鉄と比較して密度の小さいアルミニウム合金製の中空押出形材で電源車２００の構体を構成することによって、電源車２００の質量を軽減できる。

台座１７の上面には、電源車２００の長手方向に沿うとともに、発電機７０及び給気フィルタ６２などの機器を両側から点検できるようにした通路が設けられている。これらの通路の床面には、踏み板１５，１５が備えられており、これらの通路が隔壁２６Ａから隔壁２６Ｄに突き当たる部位には、乗務員や保守要員が通り抜けることができる扉２７，２７が備えられる。その他、図１及び図４に符号を付して示した機器などについては、同じ符号を付して示すことで、再度の説明を省略する。

図６は、図１に示した鉄道車両のＣ部拡大図である。図は、電源車２００の内部から外部を見た図である。ルーバー窓部２４，２４は、四角形の開口をその対角線で分割された態様の２つの三角形状の開口部から構成されており、その三角形状の開口部の角部は、その角部を構成する２つの辺に接する円弧で縁取られている。四角形の開口を分割する対角線は、電源車２００の長手方向の端部の側の上角と電源車２００の長手方向の中央部の側の下角とを結んでいる。

前記の対角線は、側構体２０を構成する中空押出形材に前記の２つの三角形の開口部を設けることにより構成される。即ち、前記の対角線は、側構体２０を構成する中空押出形材そのものである。ルーバー窓部２４，２４の周囲には、側構体２０を構成する中空押出形材の車内側の面板の表面に接合されたアルミニウム合金製のルーバー窓部補強部材５０が存在する。ルーバー窓部補強部材５０は、ルーバー窓部２４，２４の水平方向の辺に沿った水平補強ブロック５１，５１、垂直方向の辺に沿った垂直補強ブロック５２，５２、前記の対角線に沿った斜め補強ブロック５３及びこれらの補強ブロックを接続する隅部補強ブロック５４（４個）を接合することによって構成される。ルーバー窓部２４，２４の縁とルーバー窓部補強部材５０のルーバー窓部２４，２４側の縁には隙間を設けている。なお、連結幌３２に近いルーバー窓部２４も、同様の構成である。また、側構体２０を構成する中空押出形材の車内側の面板の表面に鉄製のルーバー窓部補強部材５０をボルトなどの機械的締結手段で結合してもよい。

上記の構成においては、エンジンや発電機などの大きな重量によって側構体の開口部（ルーバー窓部２４，２４）に作用する過大なせん断荷重を、開口の対角線に配置された中空押出形材と開口の周囲に接合された補強が負担するので、剛性と強度が低下する恐れのあるアルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、対策を取らなければ変形が集中することになる側構体の開口部における変形を十分に抑制できる。また、本構成においては、開口の角に円弧を設けると同時に補強の縁と開口の縁に隙間を設けているので、開口の角における応力集中が緩和されることで応力集中に起因した開口の角の強度低下を抑制できるとともに、開口の縁における接合時の熱影響を隙間が吸収することで熱影響に起因した開口の縁の強度低下を抑制できる。さらには、せん断荷重を負担する中空押出形材を、引張荷重が作用する鉄道車両構体の端部方向の上角から中央方向の下角に向けた対角線に沿って配置しているため、当該部材に座屈を生じることはない。よって、エンジンと発電機を備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供することができる。

図７は、図１に示した鉄道車両のＣ部拡大図であって、ルーバー窓部の別の構造を示す図である。図は、電源車２００の内部から外部を見た図である。ルーバー窓部２４，２４は、四角形の開口をその対角線で分割された態様の２つの三角形状の開口部から構成されており、その三角形状の開口部の角部は、その角部を構成する２つの辺に接する円弧で縁取られている。四角形の開口を分割する対角線は、電源車２００の長手方向の端部の側の上角と電源車２００の長手方向の中央部の側の下角とを結んでいる。

前記の対角線は、側構体２０を構成する中空押出形材に前記の２つの三角形の開口を設けることにより構成される。即ち、前記の対角線は、側構体２０を構成する中空押出形材そのものである。ルーバー窓部２４，２４の縁には、側構体２０を構成する中空押出形材の端面に接合されたアルミニウム合金製のルーバー窓部補強部材５０が存在する。ルーバー窓部補強部材５０は、ルーバー窓部２４，２４の水平方向の辺に沿った水平補強ブロック５５，５５、垂直方向の辺に沿った垂直補強ブロック５６，５６、前記の対角線に沿った斜め補強ブロック５７，５７及びこれらの補強ブロックを接続する隅部補強ブロック５８（６箇所）を接合することによって構成される。なお、連結幌３２に近いルーバー窓部２４も、同様の構成である。また、側構体２０を構成する中空押出形材に設けられた三角形状の開口部の周縁部の車内側の面板に鉄製のルーバー窓部補強部材５０をボルトなどの機械的締結手段で結合してもよい。

上記の構成においては、エンジンや発電機などの大きな重量によって側構体の開口部（ルーバー窓部２４，２４）に作用する過大なせん断荷重を、開口の対角線に配置された中空押出形材と開口の縁に接合された補強が負担するので、剛性と強度が低下する恐れのあるアルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、対策を取らなければ変形が集中することになる側構体の開口部における変形を十分に抑制できる。また、本構成においては、開口の角に円弧を設けると同時に開口の縁をブロックで構成しているので、開口の角における応力集中が緩和されることで応力集中に起因した開口の角の強度低下を抑制できるとともに、ブロックが強度を補うことで開口の縁における強度不足を抑制できる。さらには、せん断荷重を負担する中空押出形材を、引張荷重が作用する鉄道車両構体の端部方向の上角から中央方向の下角に向けた対角線に沿って配置しているため、当該部材に座屈を生じることはない。よって、エンジンと発電機を備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供することができる。また、図６に示した実施例と比較して、補強の設置に必要なスペースを小さくできる。

図８は、図１に示した鉄道車両のＣ部拡大図であって、ルーバー窓部のさらに別の構造を示す図である。図は、電源車２００の内部から外部を見た図である。ルーバー窓部２４，２４は、四角形の開口をその対角線で分割された態様の２つの三角形状の開口部から構成されており、その三角形状の開口部の角部は、その角部を構成する２つの辺に接する円弧で縁取られている。四角形の開口を分割する対角線は、電源車２００の長手方向の端部の側の上角と電源車２００の長手方向の中央部の側の下角とを結んでいる。

前記の対角線及びルーバー窓部２４，２４の水平方向の辺、垂直方向の辺を含めたルーバー窓部２４，２４の周縁部には、アルミニウム合金製のルーバー窓部補強ブロック５９が備えられる。ルーバー窓部補強ブロック５９は、一つのブロックから削り出し加工することによって製作される。または、複数のブロックを接合することにより製作してもよい。ここで、ルーバー窓部補強ブロック５９のルーバー窓部２４，２４側の縁には、削り出し加工によってエアーフィルタの受けを設けることもできる。なお、連結幌３２に近いルーバー窓部２４も、同様の構成である。また、鉄製のルーバー窓部補強ブロック５９をボルトなどの機械的締結手段で結合してもよい。

上記の構成においては、エンジンや発電機などの大きな重量によって側構体の開口部に作用する過大なせん断荷重を、開口の対角線と縁を構成する補強が負担するので、剛性と強度が低下する恐れのあるアルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、対策を取らなければ変形が集中することになる側構体の開口部における変形を十分に抑制できる。また、本構成においては、開口の角に円弧を設けると同時に開口の縁をブロックで構成しているので、開口の角における応力集中が緩和されることで応力集中に起因した開口の角の強度低下を抑制できるとともに、ブロックが強度を補うことで開口の縁における強度不足を抑制できる。さらには、せん断荷重を負担する補強を、引張荷重が作用する鉄道車両構体の端部方向の上角から中央方向の下角に向けた対角線に沿って配置しているため、当該部材に座屈を生じることはない。よって、エンジンと発電機を備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供することができる。また、図６に示した実施例と比較して、接合量を少なくできる。

図９は、図１に示した鉄道車両のＣ部拡大図であって、ルーバー窓部のさらに別の構造を車外側から見た模式図である。図１０は、図９に示したルーバー窓部のＤ−Ｄ断面図である。また、図１１は開口周縁部補強部材の正面図であり、図１２は開口部補強部材の正面図である。図９〜図１２に示す実施例は、図６〜図８に示した実施例を応用したより具体的な構造を説明するものである。

図９に示す実施例は、エンジン６０などの重量物を搭載した電源車２００を構成する側構体２０に、電源車２００の内部に外気を導入するための通気部（開口部）を形成するとともに、電源車２００の走行に伴い生じる上下方向の荷重や振動に起因して通気部の周縁に生じるせん断変形や応力集中を効果的に緩和するための補強部材を施工するものである。

まず、電源車２００の側構体２０を構成する中空押出形材の車外側面板２１、車内側面板２３及び両面板を接続するリブ２２を切削加工して、通気可能な四角形状の開口部を設ける。この時、車外側面板２１に設ける開口部の大きさは、車内側面板２３及びリブ２２に設ける開口部より小さく施工される（図１０参照）。側構体２０に施工された開口部周縁に沿って、車内側面板２３に重ねる態様で、開口部の形状と略相似に製作された開口周縁部補強部材８０を車内側面板２３に溶接する。

開口周縁部補強部材８０は、上下方向に離置される開口周縁部水平補強部材８２，８２と、左右方向に離置される開口周縁部垂直補強部材８４，８４と、それぞれの４箇所を接合するとともに内縁及び外縁に円弧形状を配した開口周縁部隅部補強部材８６と、からなる（図１１参照）。なお、開口周縁部補強部材８０は、前述した各補強部材を準備して、それらを溶接で接合することによって構成しても良いし、一塊の材料から削り出し加工することによって溶接の無い一体ものとして構成してもよい。

次に、開口部補強部材９０を、側構体２０の車外側面板２１と開口周縁部補強部材８０とに、溶接する。開口部補強部材９０は、上下方向に離置される開口部水平補強部材９２，９２と、左右方向に離置される開口部垂直補強部材９４，９４と、４ヶ所の隅部の内の一方の対角の２箇所に配設され開口部水平補強部材９２と開口部垂直補強部材９４とを接続する開口部隅部補強部材９６ａ，９６ａと、他方の対角の隅部と隅部とを斜めに接続する開口部斜め補強部材９８と、他方の対角の２箇所に配設され開口部水平補強部材９２と開口部垂直補強部材９４とを接続するとともに開口部斜め補強部材９８とを接続する開口部隅部補強部材９６ｂ，９６ｂと、からなる（図１２参照）。なお、開口部補強部材９０は、前述した各補強部材を準備して、それらを溶接で接合することによって構成しても良いし、一塊の材料から削り出し加工することによって溶接の無い一体ものとして構成してもよい。

開口部補強部材９０の水平補強部と、垂直補強部と、隅部補強部と、の各々の外周縁には、その外周縁に沿う態様で突出部９０ａと延長部９０ｂとが備えられている。開口部補強部材９０の開口部斜め補強部材９８は、開口部補強部材９０が電源車２００の側構体２０に備えられた時、電源車２００の長手方向の端部の上角から電源車２００の長手方向の中央部の下角に向かう態様で配設される。

車外側に位置する突出部９０ａの板厚は、その車外側の面から車外側面板２１の厚みに相当する厚さが取り除かれており、突出部９０ａを車外側面板２１に当接した時に、車外側面板２１の面と、開口部補強部材９０の車外側の面との位置が揃う態様で備えられる。同時に、延長部９０ｂの車外側の面は、開口周縁部補強部材８０の車内側の上面に当接される。各当接部を隅肉溶接などで溶接した後、開口周縁部補強部材８０の垂直補強部の車内側の上面に、垂直補強部材２５，２５を溶接する。図示はしないが、垂直補強部材２５の上端部は側構体２０と屋根枠４０との接続部に溶接され、その下端部は側構体２０と台枠１０との接合部に溶接される。

上記の構成においては、エンジンや発電機などの大きな重量によって側構体２０の開口部に作用する過大なせん断荷重を、開口部に備えられる開口周縁部補強部材８０と、それと車外側面板２１とを接続する態様で備えられる開口部補強部材９０と、開口部補強部材９０に備えられる開口部斜め補強部材９８と、からなる補強部材が負担するので、剛性と強度が低下する恐れのあるアルミニウム合金製の鉄道車両構体においても、対策を取らなければ変形が集中することになる側構体の開口部における変形を十分に抑制できる。

また、本構成においては、側構体２０の開口部の開口縁２０ａの４隅に、円弧を設けるとともに、開口縁２０ａに沿って開口部補強部材９０が備えられるため、開口部の隅における応力集中による強度低下および開口部の全周（開口縁２０ａ）における強度不足を抑制できる。

さらには、せん断荷重を負担する補強部材を、引張荷重が作用する鉄道車両構体の長手方向の端部の上角から長手方向の中央部側の下角に延びる態様で配置しているため、当該補強部材に座屈を生じることはない。

よって、エンジンと発電機を備える鉄道車両において、軽量であると同時に十分な剛性と強度を確保できる鉄道車両構体を提供することができる。

本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定される、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。

３…中梁 ５…枕梁
７…空気ばね受 ９…台車
１０…台枠 ２０…側構体
２０ａ…開口縁 ３０…妻構体
４０…屋根枠
１２…梁（長手方向） １３…端部梁
１４…梁（幅方向） １５…踏み板
１６ａ…燃料タンク １６ｂ…廃油タンク
１７…台座 １８…コンバータ
２１…車外側面板 ２２…リブ
２３…車内側面板 ２４…ルーバー窓部
２５…垂直補強部材 ２６Ａ〜２６Ｄ…隔壁
２７…扉 ３２…連結幌
４２…屋根カバー ４６…乗務員室用空調装置
５０…ルーバー窓部補強部材 ５１、５５…水平補強ブロック
５２，５６…垂直補強ブロック ５３，５７…斜め補強ブロック
５４，５８…隅部補強ブロック ５９…ルーバー窓部補強ブロック
８０…開口周縁部補強部材 ８２…開口周縁部水平補強部材
８４…開口周縁部垂直補強部材 ８６…開口周縁部隅部補強部材
９０…開口部補強部材 ９０ａ…突出部
９０ｂ…延長部 ９２…開口部水平補強部材
９４…開口部垂直補強部材 ９６ａ，９６ｂ…開口部隅部補強部材
９８…開口部斜め補強部材
６０…エンジン ６１…送風機
６２…給気フィルタ ６４…冷却器
６５…給気管 ６６…ブレーキ抵抗器
６８…ブレーキ装置（ＢＣＵ＋ＣＰ） ７０…発電機
７２…電気機器 ７４…フィルタリアクトル
１００…乗務員室（電気品室） １１０…発電機・給気フィルタ室
１２０…エンジン室 １３０…冷却器室
１４０…ブレーキ機器室 ２００…電源車

Claims (10)

1. 上面を構成する屋根構体と両側面を構成する２枚の側構体と下面を構成する台枠からなり、エンジンと発電機を内部に備える鉄道車両構体において、
   前記側構体は対向する２枚の面板をリブで接続したアルミニウム合金製の中空押出形材から構成されており、
   前記側構体には前記エンジンと前記発電機を冷却する冷却用空気を前記鉄道車両構体の外部から内部に取り入れるための空気取り入れ口が設けられており、
   前記空気取り入れ口は、四角形の開口をその対角線に沿って配設された部材で分割された態様で備えられる２つの三角形状の開口部からなること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
2. 請求項１に記載された鉄道車両構体において、
   前記部材は、前記四角形の開口の前記鉄道車両構体の長手方向の端部の側の上角と前記鉄道車両構体の中央部の側の下角とを結ぶ態様で配置されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
3. 請求項１に記載された鉄道車両構体において、
   前記三角形状の開口部の角にはその角を構成する２つの辺に接する円弧で縁取られていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
4. 請求項１に記載された鉄道車両構体において、
   前記鉄道車両構体の内部には前記エンジンと前記発電機を冷却するための冷却器が設けられており、
   前記空気取り入れ口は、前記エンジンと前記発電機の近傍及び前記冷却器の近傍の前記側構体に２箇所に設けられていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
5. 請求項１に記載された鉄道車両構体において、
   前記部材は前記中空押出形材そのものであり、
   前記三角形状の開口部の縁に沿って、前記鉄道車両構体の車内側の前記面板の表面に補強部材が接合されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
6. 請求項１に記載された鉄道車両構体において、
   前記部材は前記中空押出形材そのものであり、
   前記三角形状の開口部の縁に沿って、前記中空押出形材の端面に補強部材が接合されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
7. 請求項１に記載された鉄道車両構体において、
   前記側構体に設けられた前記四角形の開口部の縁に沿って備えられる開口部補強部材が備えられるとともに、前記開口部補強部材の前記鉄道車両構体の長手方向の端部の側の上角と前記鉄道車両構体の中央部の側の下角とを結ぶ態様で前記部材が備えられていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
8. 請求項７に記載された鉄道車両構体において、
   前記開口部補強部材は複数の部品を溶接することにより製作されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
9. 請求項７に記載された鉄道車両構体において、
   前記開口部補強部材と前記部材とは削り出し加工によって一体に製作されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
10. 請求項７に記載された鉄道車両構体において、
    前記開口部補強部材には前記三角形の開口に設置されるエアーフィルタの受けが設けられていること、
    を特徴とする鉄道車両構体。

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