JP2016010987A - ボギー角連動式操舵台車 - Google Patents

Abstract

【課題】新たなボギー角連動式操舵台車の実現。
【解決手段】ボギー角連動式操舵台車１０は、操舵梁１４と前軸２１の軸箱２４ｆｌとを連結して前軸２１を操舵する第１操舵機構部３０を、進行方向右側および進行方向左側のうちの一方側にのみ設け、操舵梁１４と後軸２２の軸箱２４ｒｒとを連結して後軸を操舵する第２操舵機構部４０を、進行方向右側および進行方向左側のうちの他方側にのみ備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボギー角連動式操舵台車に関する。

鉄道車両用の台車として、ボギー角連動式操舵台車が知られる（例えば、特許文献１参照）。従来のボギー角連動式操舵台車は、車体と台車間の相対的なヨー角（ボギー角）を機械的に検出し、その動きを４本の操舵リンクを介して軸箱に伝達して前後輪軸のアタック角を機械的に操舵制御することにより、曲線走行中の定常横圧を低減させることができる。

特開平１０−２０３３６４号公報

従来のボギー角連動式操舵台車は、ボルスタ付き台車と比較すると、１台車につき操舵てこ２本と操舵リンク４本とが別途必要である。そのため、例えば操舵てこ及び操舵リンクを台車へ組み付けるには相応の労力と時間を要する。

本発明は、上述の課題に鑑みて、新たなボギー角連動式操舵台車を実現することを目的として考案されたものである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、操舵梁と前軸の軸箱（以下「前方軸箱」という）とを連結して前軸を操舵する第１操舵機構部を、進行方向右側および進行方向左側のうちの一方側にのみ設け、前記操舵梁と後軸の軸箱（以下「後方軸箱」という）とを連結して後軸を操舵する第２操舵機構部を、進行方向右側および進行方向左側のうちの他方側にのみ設けた、ボギー角連動式操舵台車である。

第１の発明によれば、操舵機構部の部品点数を従来のボギー角連動式操舵台車に比べて削減することができる、新たなボギー角連動式操舵台車を実現することができる。これにより、例えば、メンテナンスに要する工数や製造コストを低減できる。

第２の発明は、前記第１操舵機構部および前記第２操舵機構部のうちの一方の操舵機構部は、操舵てこを介して、前記操舵梁と前記前方軸箱とを操舵リンクで連結した構成を有しており、前記第１操舵機構部および前記第２操舵機構部のうちの他方の操舵機構部は、操舵てこを不用として、前記操舵梁と前記前方軸箱とを操舵リンクで連結した構成を有する、第１の発明のボギー角連動式操舵台車である。

第２の発明によれば、更に部品点数を削減することができる。

第３の発明は、前記前方軸箱が、台車枠に対して前後変位可能に弾性支持されており、左右の前記前方軸箱のうち、前記第１操舵機構部が設けられている側の方が、設けられていない側よりも低剛性に支持されている、第１又は第２の発明のボギー角連動式操舵台車である。

第４の発明は、前記後方軸箱が、台車枠に対して前後変位可能に弾性支持されており、左右の前記後方軸箱のうち、前記第２操舵機構部が設けられている側の方が、設けられていない側よりも低剛性に支持されている、第１〜第３の何れかの発明のボギー角連動式操舵台車である。

第３および第４の発明によれば、操舵応答性が向上する。

第１実施形態のボギー角連動式操舵台車の構成例を示す左側面図。 第１実施形態のボギー角連動式操舵台車の構成例を示す右側面図。 第１実施形態のボギー角連動式操舵台車の構成例を示す上面視模式図。 第２実施形態のボギー角連動式操舵台車の構成例を示す上面視模式図。 操舵機構違いのボギー角連動式操舵台車の構成例を示す上面視模式図。 操舵機構違いのボギー角連動式操舵台車の構成例を示す上面視模式図。 操舵機構違いのボギー角連動式操舵台車の構成例を示す上面視模式図。 操舵機構違いのボギー角連動式操舵台車の構成例を示す上面視模式図。 比較試験の結果を示すグラフ。 第１実施形態をベースとしたボギー角連動式操舵台車の変形例を示す図。

〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態のボギー角連動式操舵台車１０の構成例を示す左側面図、図２は同右側面図である。また、図３は同操舵台車の機構の構成例を示す上面視模式図である。

本実施形態のボギー角連動式操舵台車１０は、枕バネ１６（図１，図２参照）を介して車体８の荷重を支持するとともに、台車枠１１の中央で中心ピン１２により左右旋回可能（ヨー角可変）に枢支された操舵梁１４で車体８をボギー角可変に支持する（図３参照）。また、前方の輪軸である前軸２１および後方の輪軸である後軸２２の左右の各端部は軸箱２４（２４ｆｌ，２４ｆｒ，２４ｒｌ，２４ｒｒ）を介して上下・前後・左右に適当な剛性を有して台車枠１１に弾性支持されている。第１実施形態の図３の記載の他、図４〜８，１０においては、この弾性支持を簡略的にばねとして示している。

また、特に、ボギー角連動式操舵台車１０の左側には、図１，３に示すように、前軸２１用の第１操舵機構部３０が設けられており、前軸２１が台車枠１１に対して操舵角を持つことが可能になっている。また、図２，３に示すように、右側面部には後軸２２用の第２操舵機構部４０が設けられており、後軸２２が台車枠１１に対して操舵角を持つことが可能になっている。

具体的には、図３に示すように、第１操舵機構部３０は、左外縁部で台車枠１１に立設された枢軸３１で水平回転自在に支持された第１操舵てこ３２と、当該第１操舵てこ３２と前軸２１の左側の軸箱２４ｆｌとを連結する第１操舵リンク３３と、を備える。

第１操舵てこ３２は、上下方向の梁連結軸３４で操舵梁１４の左端と連結されており、操舵梁１４の左右旋回に連動して揺動する。

第１操舵リンク３３の後端部は、第１操舵てこ３２に対して枢軸３１より外側位置にて、上下方向のてこ連結軸３５で連結されている。また、第１操舵リンク３３の前端部は、前軸左側の軸箱２４ｆｌと上下方向の軸箱連結軸３６で連結されている。

すなわち、車両がカーブに差し掛かり、ボギー角が変化すると操舵梁１４が左右旋回動し第１操舵てこ３２を揺動させる。すると、第１操舵てこ３２の揺動により前軸左側の軸箱２４ｆｌが台車枠１１へ引き寄せられたり、台車枠１１から押し離されたりする。具体的には、図３に示すように右カーブの軌道４を走行中、すなわち左側が曲線外側（外軌側）にあたる場合には、第１操舵機構部３０は、軸箱２４ｆｌが台車枠１１側から押し離されて、前軸２１に右カーブ走行に適した操舵角を付与するように動作する。反対に、左カーブの軌道を走行中は左側が曲線内側（内軌側）にあたり、この場合には、第１操舵機構部３０は、軸箱２４ｆｌが台車枠１１へ引き寄せられて、前軸２１に左カーブ走行に適した操舵角を付与するように動作する。

一方、第２操舵機構部４０は、右外縁部で台車枠１１に立設された枢軸４１で水平回転自在に支持された第２操舵てこ４２と、当該第２操舵てこ４２と後軸２２の右側の軸箱２４ｒｒとを連結する第２操舵リンク４３と、を備える。

第２操舵てこ４２は、上下方向の梁連結軸４４で操舵梁１４の右端と連結されており、操舵梁１４の左右旋回に連動して揺動する。

第２操舵リンク４３の前端部は、第２操舵てこ４２に対して枢軸４１より内側（操舵梁１４側）位置にててこ連結軸４５で連結されている。また、第２操舵リンク４３の後端部は、後軸右側の軸箱２４ｒｒと上下方向の軸箱連結軸４６で連結されている。

すなわち、操舵梁１４の左右旋回動が第２操舵てこ４２を揺動させると、当該揺動により後軸右側の軸箱２４ｒｒは台車枠１１へ引き寄せられたり、台車枠１１から押し離されたりする。具体的には、図３に示すように、右カーブの軌道４を走行中、すなわち右側が曲線内側（内軌側）にあたる場合には、第２操舵機構部４０は、後軸右側の軸箱２４ｒｒが台車枠１１へ引き寄せられ、後軸２２に右カーブ走行に適した操舵角を付与するように動作する。反対に、左カーブを走行中は右側が曲線外側（外軌側）にあたり、この場合には、第２操舵機構部４０は、後軸右側の軸箱２４ｒｒが台車枠１１から押し離され、後軸２２に左カーブ走行に適した操舵角を付与するように動作する。

なお、第１操舵機構部３０および第２操舵機構部４０の構成は、連結された輪軸へ操舵力を伝達することができるならば、てこやリンクの数、形状を適宜変更可能である。

本実施形態によれば、従来のボギー角連動式操舵台車に比べて部品点数を低減した新たなボギー角連動式台車を実現することができる。これにより、例えば、メンテナンスに要する工数や製造コストを削減することができる。

〔第２実施形態〕
図４は、本発明を適用した第２実施形態のボギー角連動式操舵台車１０Ｂの構成例を示す上面視模式図である。

本実施形態は、基本的には第１実施形態と同様に実現されるが、第１操舵機構部３０および第２操舵機構部４０の台車枠１１に対する設置位置関係が、第１実施形態のそれとは左右対称である点が異なる。

すなわち、中心ピン１２を基準とする対角関係で見れば、第１実施形態では第１操舵機構部３０と第２操舵機構部４０は、台車の左前と右後の対角関係に配置されていたが、本実施形態の第１操舵機構部３０と第２操舵機構部４０は右前と左後の対角関係を成して配置されている。

より具体的には、本実施形態ではボギー角連動式操舵台車１０Ｂの右側に前軸２１用の第１操舵機構部３０が設けられており、第１操舵リンク３３の前端は前軸右側の軸箱２４ｆｒに連結されている。そして、ボギー角連動式操舵台車１０Ｂの左側に後軸２２用の第２操舵機構部４０が設けられていて、第２操舵リンク４３の後端は後軸左側の軸箱２４ｒｌに連結されている。

第１操舵機構部３０および第２操舵機構部４０が果たす作用効果については第１実施形態と同様である。また、連結された輪軸へ操舵力を伝達することができるならば、第１操舵機構部３０および第２操舵機構部４０を構成するてこやリンクの数、形状は適宜変更可能である点も第１実施形態と同様である。
よって、本実施形態であっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

〔作用効果の確認〕
次に、比較試験の結果を用いて第１実施形態および第２実施形態の作用効果について述べる。試験では、Ｒ１００の右カーブを通過する際の外軌（カーブ外側軌道側：進行方向左側）の車輪に作用する平均横圧を計測した。

図５〜図８は、本試験において比較対象として採用した、操舵機構部の設置位置違いのボギー連動式操舵台車の例を示す上面視模式図である。

図５は、前軸２１は操舵せずに後軸２２のみを操舵するボギー角連動式操舵台車１０Ｃの構成を示している。すなわち、後軸２２の左右の軸箱２４ｒｌ，２４ｒｒにそれぞれ第２操舵機構部４０ａ、４０ｂが作用する構成である。各操舵機構部の設置位置関係から、ボギー角連動式操舵台車１０Ｃを「後軸左側／後軸右側」と呼称する。

図６は、逆に後軸２２は操舵せずに前軸２１のみを操舵するボギー角連動式操舵台車１０Ｄの構成を示している。すなわち、前軸２１の左右の軸箱２４ｆｌ，２４ｆｒにそれぞれ第１操舵機構部３０ａ、３０ｂが作用する構成である。ボギー角連動式操舵台車１０Ｄを「前軸左側／前軸右側」と呼称する。

図７は、第１操舵機構部３０および第２操舵機構部４０がともに台車枠１１の左側に設けられたボギー角連動式操舵台車１０Ｅの構成を示している。すなわち、第１操舵機構部３０は前軸左側の軸箱２４ｆｌに作用し、第２操舵機構部４０は後軸左側方の軸箱２４ｒｌに作用する構成である。ボギー角連動式操舵台車１０Ｅを「前軸左側／後軸左側」と呼称する。

図８は、第１操舵機構部３０および第２操舵機構部４０がともに台車枠１１の右側に設けられたボギー角連動式操舵台車１０Ｆの構成を示している。すなわち、第１操舵機構部３０は前軸右側の軸箱２４ｆｒに作用し、第２操舵機構部４０は後軸右側の軸箱２４ｒｒに作用する構成である。ボギー角連動式操舵台車１０Ｅを「前軸右側／後軸右側」と呼称する。

なお、第１実施形態（図３参照）のボギー角連動式操舵台車１０Ａは「前軸左側／後軸右側」と呼称し、第２実施形態（図４参照）のボギー角連動式操舵台車１０Ｂを「前軸右側／後軸左側」と呼称することとする。

図９は、試験結果を示すグラフである。ボギー角連動式操舵台車の構成毎に対応する３本の棒グラフは、左から順に（１）斜めハッチングの棒＝カーブ入口の緩和曲線部における平均横圧、（２）白棒＝円曲線部における平均横圧、（３）クロスハッチングの棒＝カーブ出口の緩和曲線部における平均横圧、をそれぞれ示している。右カーブの通過試験であったため、進行方向左側が外軌側、右側が内軌側である。

前後の輪軸が操舵されない「操舵リンク無」では、円曲線部における平均横圧が極めて高くなっているが、従来のボギー角連動式操舵台車に該当する「操舵リンク全装備」では、円曲線部における平均横圧が十分な値まで減少している。

操舵リンクの数が少ない他の構成に着目すると、一般的には前軸ほど高い横圧を生じ易いことが知られているので、前軸のみを操舵する「前軸左側／前軸右側」（図６参照）の構成が最も好成績を出すように考えられる。しかし実際には、第１実施形態にあたる「前軸左側／後軸右側」および第２実施形態にあたる「前軸右側／後軸左側」が、図５〜図８の他の構成に比べて円曲線部における平均横圧の低減効果が高く好成績である。また、カーブ出口の緩和曲線部における平均横圧については、従来のボギー角連動式操舵台車に該当する「操舵リンク全装備」を含めても最も高い低減効果を発揮している。
つまり、第１実施形態および第２実施形態が「操舵リンク全装備」に次いで最も効果的な操舵機構の構成であると言える。

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について述べたが、本発明の適用可能な形態は上記に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲に於いて適宜構成要素の追加・変更・省略をすることができる。

例えば、軸箱２４を台車枠１１に対して前後方向に支持する剛性（前後支持剛性）は同じ仕様とされるのが一般的である。しかし、上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１操舵機構部３０が連結された軸箱２４および第２操舵機構部４０が連結された軸箱２４の前後支持剛性を、操舵機構部が連結されていない軸箱２４の前後支持剛性よりも「低く」「柔らかく」設定する構成が可能である。

また、第２操舵機構部４０については第２操舵てこ４２を省略した構成も可能である。

より具体的には、第１実施形態をベースとすれば、図１０のボギー角連動式操舵台車１０Ｇのようになる。すなわち、第２操舵機構部４０については第２操舵てこ４２が不用として省略されて、第２操舵リンク４３が梁連結軸４４で操舵梁１４に連結されている。また、前軸左側の軸箱２４ｆｌに対する軸箱支持部２６ｆｌと、後軸右側の軸箱２４ｒｒに対する軸箱支持部２６ｒｒとの前後支持剛性を、軸箱支持部２６ｆｒ，２６ｒｌのそれよりも「低く」「柔らかく」することができる。もし第２実施形態をベースとするならば、逆に軸箱支持部２６ｆｒ，２６ｒｌの前後支持剛性を軸箱支持部２６ｆｌ，２６ｒｒよりも「低く」「柔らかく」設定する。こうした構成によれば、第１実施形態や第２実施形態と同様の効果が得られるとともに、更に操舵応答性が向上する効果が得られる。

４…軌道
８…車体
１０〜１０Ｇ…ボギー角連動式操舵台車
１１…台車枠
１２…中心ピン
１４…操舵梁
１６…枕バネ
２１…前軸
２２…後軸
２４（２４ｆｌ，２４ｆｒ，２４ｒｌ，２４ｒｒ）…軸箱
２６（２６ｆｌ，２６ｆｒ，２６ｒｌ，２６ｒｒ）…軸箱支持部
３０（３０ａ，３０ｂ）…第１操舵機構部
３１…枢軸
３２…第１操舵てこ
３３…第１操舵リンク
３４…梁連結軸
３５…てこ連結軸
３６…軸箱連結軸
４０（４０ａ，４０ｂ）…第２操舵機構部
４１…枢軸
４２…第２操舵てこ
４３…第２操舵リンク
４４…梁連結軸
４５…てこ連結軸
４６…軸箱連結軸

Claims (4)

1. 操舵梁と前軸の軸箱（以下「前方軸箱」という）とを連結して前軸を操舵する第１操舵機構部を、進行方向右側および進行方向左側のうちの一方側にのみ設け、
   前記操舵梁と後軸の軸箱（以下「後方軸箱」という）とを連結して後軸を操舵する第２操舵機構部を、進行方向右側および進行方向左側のうちの他方側にのみ設けた、
   ボギー角連動式操舵台車。
2. 前記第１操舵機構部および前記第２操舵機構部のうちの一方の操舵機構部は、操舵てこを介して、前記操舵梁と前記前方軸箱とを操舵リンクで連結した構成を有しており、
   前記第１操舵機構部および前記第２操舵機構部のうちの他方の操舵機構部は、操舵てこを不用として、前記操舵梁と前記前方軸箱とを操舵リンクで連結した構成を有する、
   請求項１に記載のボギー角連動式操舵台車。
3. 前記前方軸箱は、台車枠に対して前後変位可能に弾性支持されており、左右の前記前方軸箱のうち、前記第１操舵機構部が設けられている側の方が、設けられていない側よりも低剛性に支持されている、
   請求項１又は２に記載のボギー角連動式操舵台車。
4. 前記後方軸箱は、台車枠に対して前後変位可能に弾性支持されており、左右の前記後方軸箱のうち、前記第２操舵機構部が設けられている側の方が、設けられていない側よりも低剛性に支持されている、
   請求項１〜３の何れか一項に記載のボギー角連動式操舵台車。

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