JP5730415B2

JP5730415B2 - 鉄道車両

Info

Publication number: JP5730415B2
Application number: JP2013557323A
Authority: JP
Inventors: 林　健太郎; 健太郎林; 幸司中尾
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: WO2013118284A1; US20150020709A1; JPWO2013118284A1; CA2864243C; CA2864243A1; US9475506B2

Description

本発明は、鉄道車両に関し、詳しくは、鉄道車両の台枠における中梁の構造に関する。

鉄道車両の車体は、台枠の四辺部分に側構体及び妻構体（先頭構体を含む）をそれぞれ接合し、側構体及び妻構体の上部に屋根構体を接合するとともに、各構体に外板や床板、内装材、扉や窓などを装着して形成されている。また、鉄道車両を前後に連結するための連結器は、前記台枠の端部中央下部に設けられており、あらかじめ設定された引張荷重及び圧縮荷重に耐える強度で取り付けられている。さらに、衝突によってあらかじめ設定した荷重を超える過大な荷重が連結器に作用したときに、後方にスライドするように形成した連結器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２６０８８１号公報

連結器が台枠の下部に設けられている場合、台枠、特に、連結器を取り付けた中梁には、連結器に作用する引張荷重及び圧縮荷重によって中梁中央が上方又は下方に向かって撓む方向の曲げモーメントが作用する。さらに、衝突などの大きな外力が連結器に加わると、中梁には上方に向かう曲げモーメントと圧縮荷重とが作用するので、曲げの内側に位置する中梁の下部には非常に大きな圧縮荷重が作用し、中梁が座屈変形するおそれがあった。この曲げモーメントや圧縮荷重に対しては、中梁の高さ寸法を大きくしたり、厚肉にしたりすることによって対応することが可能である。しかし、気動車のように、大型の床下機器が多い鉄道車両では、床下機器の設置スペースを確保する必要があるため、中梁を大きくすることができず、また、厚肉にすると車体重量が増加するという問題があった。

そこで本発明は、小型軽量化を図りながら圧縮荷重や曲げモーメントに対して十分な強度を有する構造の中梁を備えた鉄道車両を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の鉄道車両は、台枠、側構体、妻構体及び屋根構体を接合して形成した車体の前後端中央下部に連結器を備えた鉄道車両において、前記台枠の幅方向中央に前後方向に設けられる中梁を、上板部及び下板部と、該上板部及び下板部の両側に位置する一対の側板部とで断面角筒状に形成し、前記上板部及び下板部を、複数枚の板材を重ねた状態で形成し、少なくとも最外部に位置する板材を平板状に形成するとともに、内部側に位置する板材の幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部を中梁の長手方向に連続して形成したことを特徴としている。

さらに、本発明の鉄道車両は、前記中梁は、前記一対の側板部が開口を外側に向けた一対のチャンネル材のウェブによってそれぞれ形成され、前記上板部が前記一対のチャンネル材の各上部フランジに幅方向両側部が接合された１枚の上外部板材と該上外部板材の筒内部側に重ね合わされた１枚の上内部板材とで形成され、前記下板部が前記一対のチャンネル材の各下部フランジに幅方向両側部が接合された二枚重ねの下外部板材と該下外部板材の筒内部側に重ね合わされた１枚の下内部板材とで形成され、前記上内部板材及び前記下内部板材の幅方向中央部に前記突状部が形成されていることを特徴としている。

また、前記下板部の幅寸法が前記上板部の幅寸法より大きいこと、前記チャンネル材のウェブの外面と前記下部フランジの上面とに前記中梁と台枠両側の側梁とを連結する横梁を接合するための横梁接合部材が接合され、該横梁接合部材に前記中梁より高さ寸法が小さな横梁を、該横梁上面を前記中梁の上面と面一にして接合したことを特徴としている。

本発明の鉄道車両によれば、上板部及び下板部の筒内部側に位置する板材に突状部を形成したことにより、連結器から加わる圧縮荷重及び曲げモーメントによって上板部及び下板部が座屈変形することを防ぎ、中梁の強度を向上させることができる。さらに、上板部及び下板部の最外部は平板状に形成しているため、台枠上に取り付ける床材などの取り付けを容易に行うことができるとともに、台枠下に取り付ける床下機器の取り付けも容易に行うことができる。

また、側板部をチャンネル材で形成するとともに、下板部の下外部板材を二枚重ねとして中梁を形成することにより、さらに、下板部の幅寸法を上板部の幅寸法より大きくすることにより、上板部に比べて大きな圧縮荷重及び曲げモーメントが作用する下板部の応力を軽減でき、中梁の強度を更に向上させることができる。さらに、チャンネル材のウェブと下部フランジとに接合した横梁接合部材を介して横梁を接合することにより、横梁の接合強度を向上できるとともに、中梁より高さ寸法が小さな横梁を上面が面一になるように接合することにより、床下機器を取り付けるスペースを確保することができ、台枠上面への床材などの取り付けも容易に行うことができる。

本発明の鉄道車両の第１形態例を示す要部の断面図である。図６のII−II断面図である。車両構体の一例を示す側面図である。図３のIV−IV断面図である。鉄道車両の一例を示す側面図である。台枠の一例を示す図である。

本形態例に示す鉄道車両は、車体の前端に流線形状を有する先頭車両１０である。先頭車両１０を形成する車両構体１１は、台枠２０と、該台枠２０の両側に設けられる左右一対の側構体３０と、前記台枠２０及び側構体３０の両端にそれぞれ設けられる先頭構体４０及び妻構体５０と、側構体３０、先頭構体４０及び妻構体５０の上部を覆うように設けられる屋根構体６０とを備えており、先頭構体４０は、上半部が後方に傾斜するとともに、両側部が後方に傾斜した流線形に形成されている。

前記台枠２０は、レール方向（車体前後方向）に配置された左右一対の側梁２１と、前後両端部近傍の枕木方向（車体幅方向）に配置された前後一対の枕梁２２と、台枠２０の中央部に側梁２１と平行に設けられた中央部中梁２３ａ及び端部中梁２３ｂと、側梁２１と中梁２３ａ，２３ｂとを枕木方向に連結する複数の横梁２４と、枕梁２２より車体両端側に設けられた端部中梁２３ｂの先端にそれぞれ設けられた端梁２６とを備えている。先頭構体４０側に配置される端梁２６の前部には、衝撃吸収部材を取り付けるための前方が開口した衝撃吸収部材取付凹部２６ａが形成されており、妻構体５０側の端部中梁２３ｂには、衝撃吸収部２７が組み込まれている。

前記側構体３０は、鉛直方向の複数の側柱３１と、車体前後方向の複数の骨部材３２と、乗降口用開口部を形成する扉枠部３３と、側窓用開口部を形成する窓枠部３４とを備えている。側柱３１の下端部は、接合部材３５を介して前記側梁２１の下端から側方に突出した下部突出片２１ａの上で、側梁２１の外面に接合されている。

前記先頭構体４０は、車体幅方向中央部に運転台が設けられるものであって、該先頭構体４０の後部側上端部と側構体３０の先端側上端部との接合部には、枕木方向の上部補強梁４１が設けられている。先頭構体４０の前端部には、前記端梁２６の幅方向両端部と前記上部補強梁４１の幅方向両端部とにわたって左右一対の隅柱４２が設けられ、両隅柱４２の内側で、運転台の両側に位置する部分には、前記端梁２６と前記上部補強梁４１とにわたって左右一対の妻柱４３が設けられている。一方、後部連結側の前記妻構体５０は平板状に形成されており、幅方向中央部には貫通口用開口部が設けられ、該貫通口用開口部の両側部分には、端梁２６から妻補強柱５１及び隅補強柱５２がそれぞれ立設している。

前記屋根構体６０は、レール方向に配置される長桁６１と、該長桁６１に直交して接合される枕木方向の複数の垂木６２と、垂木６２の外面側に接合される屋根板とで形成されており、長桁６１が前記側構体３０の上端部に接合され、前後両端の垂木６２が先頭構体４０の上端部、妻構体５０の上端部にそれぞれ接合される。また、屋根構体６０の前端と前記妻柱４３の上部との間は、連結部材６３で連結される。

図５に示すように、各構体の外部側には、各構体に対応した形状の外板１２がそれぞれ取り付けられるとともに、各構体の内外には、各種機器や座席などを含めた艤装、内装が施される。また、扉枠部３３には乗降扉１３が設けられ、窓枠部３４には側窓１４が設けられる。先頭構体４０の前面上下方向中間部には前面窓１５が設けられ、先頭構体４０の側面には乗務員用窓１６が設けられる。妻構体５０の貫通口用開口部の周囲には、連結幌１７が設けられる。さらに、車体両端下部には、連結器１８がそれぞれ設けられ、前面下部にはアンチクライマ１９が設けられている。このように外板１２などの所要部品を車両構体１１の内外にそれぞれ装着することにより、幅方向中央に運転台を有する先頭部が丸みを帯びた流線形の先頭車両１０が形成される。

前記台枠２０における端部中梁２３ｂの前後両端で端梁２６の中央下部には、前記連結器１８を取り付けるための連結器支持枠２８が設けられている。この連結器支持枠２８は、連結器１８をあらかじめ設定された引張荷重及び圧縮荷重に耐える強度で保持し、あらかじめ設定した荷重を超える過大な荷重が連結器１８に作用したときには、連結器１８が端梁２６より後方に移動するように形成されている。

そして、図１に詳細に示すように、台枠２０における前後の枕梁２２の間に設けられている車体中央部の前記中央部中梁２３ａは、上板部７１及び下板部７２と、該上板部７１及び下板部７２の両側に位置する一対の側板部７３，７３とで断面角筒状に形成されている。両側板部７３は、開口を外側に向けたチャンネル材７４のウェブ７４ａによってそれぞれ形成されており、該チャンネル材７４の上部フランジ７４ｂに前記上板部７１が接合され、上部フランジ７４ｂよりも幅広に形成された下部フランジ７４ｃに前記下板部７２が接合されている。

上板部７１は、筒外部側（筒上部側）に位置する１枚の上外部板材７１ａと、筒内部側に位置する１枚の上内部板材７１ｂとで形成されている。上外部板材７１ａは、車体前後方向に長い短冊状の平板によって形成されており、上外部板材７１ａの両側部は、前記チャンネル材７４の上部フランジ７４ｂの上面に沿った状態で接合されている。また、上内部板材７１ｂは、幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部７１ｃが中央部中梁２３ａの長手方向に連続して、両チャンネル材７４のウェブ７４ａの間に収まる状態で形成されている。この上内部板材７１ｂは、前記突状部７１ｃの両側の平板部上面を上外部板材７１ａの下面に重ね合わせた状態で上外部板材７１ａに接合されている。

下板部７２は、車体前後方向に長い短冊状の２枚の平板を重ね合わせた筒外部側（筒下部側）に位置する下外部板材７２ａと、筒内部側に位置する１枚の下内部板材７２ｂとで形成されている。下外部板材７２ａの幅寸法は、前記上外部板材７１ａの幅寸法より大きく形成されており、下外部板材７２ａの両側部は、前記チャンネル材７４の下部フランジ７４ｃの下面に沿った状態で接合されている。下内部板材７２ｂは、幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部７２ｃが中央部中梁２３ａの長手方向に連続して、両チャンネル材７４のウェブ７４ａの間に収まる状態で形成されている。この下内部板材７２ｂは、前記突状部７２ｃの両側の平板部下面を下外部板材７２ａの上面に重ね合わせた状態で下外部板材７２ａに接合されている。

このように、中央部中梁２３ａの上板部７１に突状部７１ｃを、下板部７２に突状部７２ｃを、それぞれ設けたことにより、中央部中梁２３ａの中央部が下方又は上方に向かって撓む方向の曲げモーメントに対する強度を向上させることができる。したがって、中梁２３ｂより下方に位置する連結器１８に作用する引張荷重や圧縮荷重によって発生する曲げモーメントで中央部中梁２３ａが大きく撓むことがなくなり、車体の剛性を高めることができる。また、板材やチャンネル材の組み合わせで形成できるので、肉厚などを適切に設定することにより、中央部中梁２３ａの小型軽量化及び製造コストの削減を図ることもできる。

また、衝突によって連結器１８が後方に移動するような過大な外力が作用しても、圧縮荷重及び曲げモーメントによって中央部中梁２３ａが座屈変形することを回避でき、車体中央に位置する客室を保護することができる。さらに、本形態例に示すように、衝突時の外力により大きな圧縮荷重及び曲げモーメントが作用する中央部中梁２３ａの下板部７２の下外部板材７２ａを二枚重ねとしたり、下板部７２の幅寸法を上板部７１の幅寸法より大きくしたりすることにより、下板部７２の各板材７２ａ，７２ｂに発生する応力を軽減することができ、中央部中梁２３ａの強度を更に向上させることができ、中梁全体を厚肉にしたり、二枚重ねにしたりする場合に比べて中央部中梁２３ａの軽量化や製造コストの削減を図ることができる。

また、前記チャンネル材７４の各外側部分（側梁側）には、横梁接合部材７５を介して開口を前後方向に向けたチャンネル材２５からなる前記横梁２４がそれぞれ接合されている。横梁接合部材７５は、車体幅方向を向いた変形五角形状の本体部７５ａと、本体部７５ａの車体内側端からチャンネル材７４のウェブ７４ａの外面に重なるように屈曲した鉛直方向の第１接合片７５ｂと、本体部７５ａの下端からチャンネル材７４の下部フランジ７４ｃの上面に重なるように屈曲した水平方向の第２接合片７５ｃと、第２接合片７５ｃの外端部から上向きに傾斜して横梁２４の下面を支持するように屈曲した傾斜支持片７５ｄとを有している。横梁接合部材７５は、第１接合片７５ｂをウェブ７４ａの外面に接合し、第２接合片７５ｃを下部フランジ７４ｃの上面に接合して中央部中梁２３ａの側面部に固着される。

前記横梁２４は、高さ寸法が中央部中梁２３ａのチャンネル材７４に比べて小さく形成されたチャンネル材２５の下部フランジ２５ａの下面を前記支持片７５ｄの上端に載置した状態でウェブ２５ｂの外面を本体部７５ａに接合して横梁接合部材７５に固着される。さらに、横梁２４の上部内端は、上部フランジ２５ｃの内端部とウェブ２５ｂの上端部とを切り欠き、内端をチャンネル材７４の上部フランジ７４ｂの下方に挿入して横梁２４の上面を中央部中梁２３ａの上面と面一にした状態で、上部フランジ２５ｃの下面と前記チャンネル材７４の上部フランジ７４ｂの下面とにそれぞれ接合される連結板７６を介して中央部中梁２３ａの上部側面に固着される。

このように、中央部中梁２３ａのチャンネル材７４におけるウェブ７４ａと下部フランジ７４ｃとにそれぞれ接合した横梁接合部材７５を介して横梁２４の内端部を接合することにより、中央部中梁２３ａに対する横梁２４の接合強度を向上できる。さらに、中央部中梁２３ａより高さ寸法が小さな横梁２４を両者の上面が面一になるように上方に変位させて接合することにより、台枠２０の上面への床材２９などの取り付けを容易に行うことができるとともに、横梁２４の下部に床下機器を取り付けるスペースを十分に確保することができる。これにより、大型の床下機器が多い気動車においても、床下機器の取り付けを容易に行うことができる。

なお、鉄道車両の形状は任意であり、先頭車両に限るものではなく、台枠以外の形状や構成は任意である。また、台枠においても、中梁以外の形状や構造は任意である。さらに、上板部や下板部に使用する板状部材の枚数は任意であり、３枚以上の板状部材を用いる場合は、最外部の１枚を除いて筒内側の複数枚に突状部を形成することができる。また、端部中梁についても同様の構造を採用することができる。

１０…先頭車両、１１…車両構体、１２…外板、１３…乗降扉、１４…側窓、１５…前面窓、１６…乗務員用窓、１７…連結幌、１８…連結器、１９…アンチクライマ、２０…台枠、２１…側梁、２１ａ…下部突出片、２２…枕梁、２３ａ…中央部中梁、２３ｂ…端部中梁、２４…横梁、２５…チャンネル材、２５ａ…下部フランジ、２５ｂ…ウェブ、２５ｃ…上部フランジ、２６…端梁、２６ａ…衝撃吸収部材取付凹部、２７…衝撃吸収部、２８…連結器支持枠、２９…床材、３０…側構体、３１…側柱、３２…骨部材、３３…扉枠部、３４…窓枠部、３５…接合部材、４０…先頭構体、４１…上部補強梁、４２…隅柱、４３…妻柱、５０…妻構体、５１…補強柱、６０…屋根構体、６１…長桁、６２…垂木、６３…連結部材、７１…上板部、７１ａ…上外部板材、７１ｂ…上内部板材、７１ｃ…突状部、７２…下板部、７２ａ…下外部板材、７２ｂ…下内部板材、７２ｃ…突状部、７３…側板部、７４…チャンネル材、７４ａ…ウェブ、７４ｂ…上部フランジ、７４ｃ…下部フランジ、７５…横梁接合部材、７５ａ…本体部、７５ｂ…第１接合片、７５ｃ…第２接合片、７５ｄ…傾斜支持片、７６…連結板

Claims

台枠、側構体、妻構体及び屋根構体を接合して形成した車体の前後端中央下部に連結器を備えた鉄道車両において、前記台枠の幅方向中央に前後方向に設けられる中梁を、上板部及び下板部と、該上板部及び下板部の両側に位置する一対の側板部とで断面角筒状に形成し、前記上板部及び下板部を、複数枚の板材を重ねた状態で形成し、少なくとも最外部に位置する板材を平板状に形成するとともに、内部側に位置する板材の幅方向中央部に、筒内部側に突出した突状部を中梁の長手方向に連続して形成した鉄道車両。
前記中梁は、前記一対の側板部が開口を外側に向けた一対のチャンネル材のウェブによってそれぞれ形成され、前記上板部が前記一対のチャンネル材の各上部フランジに幅方向両側部が接合された１枚の上外部板材と該上外部板材の筒内部側に重ね合わされた１枚の上内部板材とで形成され、前記下板部が前記一対のチャンネル材の各下部フランジに幅方向両側部が接合された二枚重ねの下外部板材と該下外部板材の筒内部側に重ね合わされた１枚の下内部板材とで形成され、前記上内部板材及び前記下内部板材の幅方向中央部に前記突状部が形成されている請求項１記載の鉄道車両。
前記下板部の幅寸法が前記上板部の幅寸法より大きい請求項１又は２記載の鉄道車両。
前記チャンネル材のウェブの外面と前記下部フランジの上面とに前記中梁と台枠両側の側梁とを連結する横梁を接合するための横梁接合部材が接合され、該横梁接合部材に前記中梁より高さ寸法が小さな横梁を、該横梁上面を前記中梁の上面と面一にして接合した請求項１乃至３のいずれか１項記載の鉄道車両。