JP2018043589A - Rail brake system for railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レールと鉄道車両との間でブレーキを掛けることができる鉄道車両のレールブレーキシステムに関する。 The present invention relates to a rail brake system for a railway vehicle that can apply a brake between the rail and the railway vehicle.
鉄道車両を減速し停止させるためのブレーキ装置としては、車輪に摩擦力等の制動力を掛ける車輪ブレーキ方式が取られる。緊急時等において鉄道車両の減速と停止をさらに短時間で行うために、車輪ブレーキ方式に加えて、車体に掛かる風圧の受圧面積を増大させる方式や、鉄道車両とレールとの間の摩擦ブレーキあるいは渦電流ブレーキを利用するレールブレーキ方式が提案されている。 As a brake device for decelerating and stopping a railway vehicle, a wheel brake system in which a braking force such as a friction force is applied to the wheel is employed. In order to decelerate and stop the railway vehicle in a short time in an emergency, etc., in addition to the wheel brake system, a system for increasing the pressure receiving area of the wind pressure applied to the vehicle body, a friction brake between the railway vehicle and the rail, A rail brake system using an eddy current brake has been proposed.
例えば、引用文献1には、レールブレーキ装置として、車輪に支持された台車枠から油圧シリンダまたは空気圧シリンダによって構成された昇降装置を介して昇降可能なフレームに、磁極と、磁極に巻回された励磁コイルとが取り付けられた構成が述べられている。磁極には、レールに対向するブレーキシューが取り付けられ、レールブレーキ動作時には、フレームを昇降装置によって下降させ、励磁コイルに通電して磁束を発生させることができる。この磁束はブレーキシューを介してレールに入り、鉄道車両とレールとの間の相対速度と磁束との積の関数として、レールに渦電流によるブレーキ力が発生する。 For example, in Cited Document 1, as a rail brake device, a magnetic pole and a magnetic pole are wound around a frame that can be lifted and lowered from a bogie frame supported by wheels via a lifting device constituted by a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder. A configuration with an excitation coil attached is described. A brake shoe facing the rail is attached to the magnetic pole, and when the rail brake operation is performed, the frame can be lowered by an elevating device, and a magnetic flux can be generated by energizing the excitation coil. This magnetic flux enters the rail through the brake shoe, and a braking force due to eddy current is generated on the rail as a function of the product of the relative speed between the railcar and the rail and the magnetic flux.
レールブレーキ方式における昇降装置を降下させるために用いられる気体圧シリンダには、気体圧供給源から所定の圧力の気体が供給される。例えば、何らかの理由で気体圧供給源からの気体供給に支障が生じると、レールブレーキの動作に支障が生じ得る。そこで、気体圧供給源からの気体供給に支障が生じても、自己起動的にレールブレーキが動作することが可能な鉄道車両のレールブレーキシステムが望まれる。 A gas cylinder of a predetermined pressure is supplied from a gas pressure supply source to a gas pressure cylinder used for lowering the lifting device in the rail brake system. For example, if the gas supply from the gas pressure supply source is hindered for some reason, the operation of the rail brake may be hindered. Therefore, there is a demand for a rail brake system for a railway vehicle in which the rail brake can operate in a self-starting manner even when the gas supply from the gas pressure supply source is hindered.
本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムは、車輪に支持された台車枠から昇降装置を介して昇降可能なフレームと、フレームに取り付けられた磁極、及び磁極に巻回される励磁コイルを含む磁束発生部と、レールに対向して磁極に取り付けられたブレーキシューと、昇降装置の昇降、及び励磁コイルの励磁の制御によってブレーキシューとレールとの間のブレーキ制御を行う制御装置と、を備え、昇降装置は、気体圧供給源と、フレームと台車枠との間に設けられる気体圧シリンダであって、ピストンロッド側の第1気体室、及びピストンロッドと反対側の第2気体室にピストンによって仕切られる気体圧シリンダと、気体圧供給源から逆止弁を介して気体圧シリンダの第1気体室に延びる気体圧供給路と、気体圧供給路に接続される第1ポート、大気に開放される第2ポート、及び気体圧シリンダの第2気体室に接続される第3ポートを有し、ブレーキ制御が休止状態のときは第3ポートを第2ポートに連通させ、ブレーキ制御が操作状態のときは第3ポートを第1ポートに接続させる三方弁と、を含むことを特徴とする。 A rail brake system for a railway vehicle according to the present invention includes a frame that can be moved up and down from a bogie frame supported by wheels via an elevating device, a magnetic pole attached to the frame, and a magnetic flux including an exciting coil wound around the magnetic pole. A generator, a brake shoe attached to the magnetic pole facing the rail, and a control device that performs brake control between the brake shoe and the rail by controlling the lifting and lowering of the lifting device and the excitation of the excitation coil, The lifting device is a gas pressure cylinder provided between the gas pressure supply source and the frame and the carriage frame, and is provided with a piston in the first gas chamber on the piston rod side and the second gas chamber on the opposite side to the piston rod. A gas pressure cylinder to be partitioned; a gas pressure supply path extending from the gas pressure supply source to the first gas chamber of the gas pressure cylinder via a check valve; and a gas pressure supply path. It has a first port, a second port that is open to the atmosphere, and a third port that is connected to the second gas chamber of the gas pressure cylinder. When the brake control is in a rest state, the third port communicates with the second port. And a three-way valve that connects the third port to the first port when the brake control is in the operating state.
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、ブレーキ制御が操作状態のときには、気体圧シリンダの第1気体室と第2気体室が三方弁を介して連通する。ピストンの第1気体室側の受圧面積は、ピストンロッドの断面積の分だけ第2気体室側の受圧面積より少ない。第1気体室と第2気体室とが同じ圧力であっても、この受圧面積の差によって、ピストンは第2気体室側から第1気体室側に向かう方向に移動する。 According to the rail brake system for a railway vehicle having the above-described configuration, when the brake control is in the operating state, the first gas chamber and the second gas chamber of the gas pressure cylinder communicate with each other via the three-way valve. The pressure receiving area on the first gas chamber side of the piston is smaller than the pressure receiving area on the second gas chamber side by the cross-sectional area of the piston rod. Even if the first gas chamber and the second gas chamber have the same pressure, the piston moves in the direction from the second gas chamber side toward the first gas chamber side due to the difference in pressure receiving area.
ここで、仮に気体供給願からの気体供給がなくなっても、逆止弁によって気体圧シリンダの第1気体室と第2気体室の間の三方弁を介した連通状態における気体圧の状態は維持される。この維持される気体圧によって、上記の面積差による移動は自己起動的に生じるので、台車枠に対しフレームをレール側に移動させることができ、レールブレーキが動作する。 Here, even if there is no gas supply from the gas supply request, the state of the gas pressure in the communication state via the three-way valve between the first gas chamber and the second gas chamber of the gas pressure cylinder is maintained by the check valve. Is done. Due to the maintained gas pressure, the movement due to the difference in area occurs in a self-starting manner, so that the frame can be moved to the rail side with respect to the carriage frame, and the rail brake operates.
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、昇降装置は、三方弁の第1ポートと気体圧供給路との接続点に設けられるバッファタンクを含むことが好ましい。 In the rail brake system for a railway vehicle according to the present invention, the lifting device preferably includes a buffer tank provided at a connection point between the first port of the three-way valve and the gas pressure supply path.
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側の受圧面積の差によって、ピストンは第1気体室側であるフレーム側に自己起動的に移動する。第1気体室の体積と第2気体室の体積の間に体積差があるので、ピストンの自己起動的な移動によって、第1気体室と第2気体室の間の三方弁を介した連通状態における気体圧が僅かに変動する。バッファタンクを備えることで、この気体圧の僅かな変動を補償することができ、レールブレーキの動作が安定する。 According to the rail brake system for a railway vehicle having the above-described configuration, even when the gas supply from the gas pressure supply source is lost, the piston is moved to the frame side which is the first gas chamber side due to the difference in pressure receiving area on both sides of the piston. Move self-starting. Since there is a volume difference between the volume of the first gas chamber and the volume of the second gas chamber, the communication state via the three-way valve between the first gas chamber and the second gas chamber is caused by the self-starting movement of the piston. The gas pressure at fluctuates slightly. By providing the buffer tank, slight fluctuations in the gas pressure can be compensated, and the operation of the rail brake is stabilized.
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、ピストンは、第1気体室側の受圧面積が第2気体室側の受圧面積の80%以下10%以上であることが好ましい。 In the rail brake system for a railway vehicle according to the present invention, the piston preferably has a pressure receiving area on the first gas chamber side of 80% or less and 10% or more of the pressure receiving area on the second gas chamber side.
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側における受圧面積の差によって、ピストンは第2気体室側から第1気体室側に向かう方向に自己起動的に移動する。自己起動的な移動は、受圧面積の差が大きいほど迅速になるが、利用者等への衝撃を考慮すると、急激すぎるブレーキ動作を避けることが望ましい。上記構成では、ピストンの第2気体室側の受圧面積を基準の100%として、第1気体室の受圧面積が80%から10%の範囲であるので、受圧面積の差は、第2気体室の受圧面積の20%から90%の範囲で、レールブレーキの仕様に応じて設定できる。 According to the rail brake system for a railway vehicle having the above-described configuration, even if gas supply from the gas pressure supply source is lost, the piston is moved from the second gas chamber side to the first gas chamber due to a difference in pressure receiving area on both sides of the piston. Move in a self-starting direction toward the side. The self-starting movement is quicker as the difference in pressure receiving area is larger, but it is desirable to avoid a brake operation that is too rapid considering the impact on the user or the like. In the above configuration, since the pressure receiving area of the piston on the second gas chamber side is 100% of the reference and the pressure receiving area of the first gas chamber is in the range of 80% to 10%, the difference in pressure receiving area is the second gas chamber. The pressure can be set in the range of 20% to 90% of the pressure receiving area according to the rail brake specifications.
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、気体圧シリンダの軸方向は、フレームの昇降方向と平行であることが好ましい。 In the rail brake system for a railway vehicle according to the present invention, it is preferable that the axial direction of the gas pressure cylinder is parallel to the ascending / descending direction of the frame.
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側の受圧面積の差によって、ピストンは第2気体室側から第1気体室側に向かう方向に自己起動的に移動する。気体圧シリンダの軸方向をフレームの昇降方向と平行とすることで、ピストンの自重による自己起動的な移動が加算され、レールブレーキの動作がより確実になる。 According to the rail brake system for a railway vehicle having the above-described configuration, even when the gas supply from the gas pressure supply source is stopped, the piston is moved from the second gas chamber side to the first gas chamber due to the difference in pressure receiving area on both sides of the piston. Move in a self-starting direction toward the side. By making the axial direction of the gas pressure cylinder parallel to the raising / lowering direction of the frame, the self-starting movement due to the weight of the piston is added, and the operation of the rail brake becomes more reliable.
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、気体圧シリンダは、気体圧供給路と第1気体室の端部との間に所定のオリフィスを介して接続する端部流路と、第1気体室において端部流路よりも第2気体室側で気体圧供給路に接続されるバイパス流路と、を有することが好ましい。 In the rail brake system for a railway vehicle according to the present invention, the gas pressure cylinder includes an end channel that is connected between the gas pressure supply channel and the end of the first gas chamber via a predetermined orifice, Preferably, the first gas chamber has a bypass channel connected to the gas pressure supply channel on the second gas chamber side of the end channel.
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側における受圧面積の差によって、ピストンは第2気体室側から第1気体室側に向かう方向に自己起動的に移動する。自己起動的な移動速度は、第1気体室からの気体の抜ける速度に依存する。上記構成によれば、ピストンの位置がバイパス流路を塞がないときは、第1気体室の気体はバイパス流路と端部流路の双方を経由して第2気体室側に抜ける。ピストンの位置が第1気体室側の方向に移動してバイパス流路を塞ぐと、第1気体室の気体は端部流路のオリフィスを経由してのみ第2気体室側に抜ける。したがって、ピストンが第1気体室側の方向に移動するに従って、第1気体室の気体の第2気体室側に抜ける量を少なくできるので、これによってピストンの移動速度を緩やかにでき、レールブレーキの動作による衝撃を緩和できる。 According to the rail brake system for a railway vehicle having the above-described configuration, even if gas supply from the gas pressure supply source is lost, the piston is moved from the second gas chamber side to the first gas chamber due to a difference in pressure receiving area on both sides of the piston. Move in a self-starting direction toward the side. The self-starting moving speed depends on the speed at which the gas escapes from the first gas chamber. According to the above configuration, when the position of the piston does not block the bypass flow path, the gas in the first gas chamber escapes to the second gas chamber side via both the bypass flow path and the end flow path. When the position of the piston moves toward the first gas chamber and closes the bypass flow path, the gas in the first gas chamber escapes to the second gas chamber only through the orifice of the end flow path. Therefore, as the piston moves in the direction toward the first gas chamber, the amount of the gas in the first gas chamber that escapes to the second gas chamber can be reduced. Shock due to movement can be reduced.
本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、気体圧供給源からの気体供給に支障が生じても、自己起動的にレールブレーキが動作することが可能となる。 According to the rail brake system of a railway vehicle according to the present invention, the rail brake can be operated in a self-starting manner even if the gas supply from the gas pressure supply source is hindered.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、鉄道車両に昇降装置が搭載される場合に、昇降装置の気体圧シリンダの第1気体室側がレールブレーキ用のフレーム側に配置され、第2気体室側が台車枠側に配置されるものとするが、これは説明のための例示である。これとは逆に、気体圧シリンダの第1気体室側が台車枠側に配置され、第2気体室側がフレーム側に配置されてもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, when the lifting device is mounted on a railway vehicle, the first gas chamber side of the gas pressure cylinder of the lifting device is disposed on the rail brake frame side, and the second gas chamber side is disposed on the carriage frame side. This is an illustrative example. On the contrary, the first gas chamber side of the gas pressure cylinder may be arranged on the cart frame side, and the second gas chamber side may be arranged on the frame side.
以下では、気体圧シリンダのピストンの移動方向がフレームの昇降方向と平行とするが、これは説明のための例示であって、適当な昇降方向の変換装置を用いることで、気体圧シリンダのピストンの移動方向をフレームの昇降方向に対して傾斜させることができる。例えば、フレームの自重を利用し、ピストンロッドの先端部とフレームとを適当なロープで接続するときは、滑車を介して昇降方向を変換することができる。 In the following, the moving direction of the piston of the pneumatic cylinder is assumed to be parallel to the raising / lowering direction of the frame, but this is an example for explanation, and the piston of the pneumatic cylinder is obtained by using an appropriate raising / lowering conversion device. The moving direction can be tilted with respect to the moving direction of the frame. For example, when the weight of the frame is used to connect the tip of the piston rod and the frame with an appropriate rope, the elevation direction can be changed via a pulley.
以下では、気体圧供給源に適用される気体として大気である空気を説明するが、ここでいう空気は広義のものであって、大気である空気以外にも、それに準じる成分構成を有する気体、例えば乾燥空気、窒素ガス等を用いるものとしてもよい。 In the following, air that is the atmosphere as a gas applied to the gas pressure supply source will be described, but the air here is in a broad sense, and in addition to air that is the atmosphere, a gas having a component structure according to it, For example, dry air, nitrogen gas, or the like may be used.
以下で述べる寸法、数値等は説明のための例示であって、鉄道車両のレールブレーキシステムの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The dimensions, numerical values and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the rail brake system of the railway vehicle. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、鉄道車両のレールブレーキシステム10の構成図である。鉄道車両のレールブレーキシステム10は、図示を省略した鉄道車両において、車輪ブレーキとは別に、渦電流を用いて、レール4と鉄道車両との間に制動を掛けるレールブレーキに関するシステムである。以下では、特に断らない限り、鉄道車両のレールブレーキシステム10を、単に、レールブレーキシステム10と呼ぶ。レールブレーキシステム10は、フレーム12と、昇降装置20と、制御装置120とを含む。図1では、レールブレーキシステム10を構成しない要素であるが、レール4と、レール上を走行する車輪6と、車輪6に支持された台車枠8とを図示した。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
フレーム12は、昇降装置20を介して台車枠8に対して昇降可能な部材である。フレーム12には、レール4に渦電流を発生させるための磁束発生部14として、磁極15と、磁極15に巻回される励磁コイル16とが取り付けられる。ブレーキシュー18は、磁極に取り付けられてレール4に向かい合う鉄片である。レールブレーキは、磁束がブレーキシュー18を通ってレール4に入り、鉄道車両とレール4との間の相対速度と磁束の積の関数として、レール4に発生する渦電流制動力である。
The
また、磁束によってレール4と磁極15との間に電磁吸引力が発生するので、この電磁吸引力によりレール4とブレーキシュー18が接触するときは、電磁吸引力とブレーキシュー18の摩擦係数によって発生する摩擦制動力利用できる。摩擦制動力を利用する場合は、摩擦による発熱を抑制するために適当な冷媒供給機構を設けることが好ましい。したがって、広義におけるレールブレーキは、レール4についての渦電流制動力と摩擦制動力とを合わせた制動力を意味するが、以下では、狭義の渦電流制動力をレールブレーキとする。
Further, since an electromagnetic attractive force is generated between the rail 4 and the
昇降装置20は、気体圧シリンダ22と、昇降気体圧回路24とを含む。気体圧シリンダ22は、台車枠8とフレーム12との間に設けられ、昇降気体圧回路24に含まれる気体圧供給源70から供給される所定の圧力PS(図2参照)を有する気体を用いて動作する推力発生機構である。昇降装置20の詳細とその動作については、図2以下で述べる。
The lifting
制御装置120は、鉄道車両に搭載され、鉄道車両の走行全体を制御する装置であるが、ここでは、特に、レールブレーキに関する制御を行う機能について述べる。制御装置120は、励磁コイル16に所定の励磁電流を供給する励磁回路122と、昇降装置20の一部を構成する昇降気体圧回路24と、ブレーキ制御部124とを含む。ブレーキ制御部124は、緊急時等において、鉄道車両の減速と停止を短時間で行うために、ブレーキ制御を行う。ブレーキ制御は、昇降気体圧回路24を介した気体圧シリンダ22の動作制御と、励磁回路122を介した励磁コイル16の励磁制御とを含む。ブレーキ制御が休止状態のときは、励磁回路122は励磁電流を出力せず、気体圧シリンダ22は縮小状態にあり昇降装置20はフレーム12を台車枠8側に引き寄せる。ブレーキ制御が操作状態のときは、励磁回路122は励磁電流を出力し、気体圧シリンダ22は伸長状態となり昇降装置20はフレーム12をレール4側に移動させる。
The
図1に、鉄道車両に関して直交する3方向を示す。前後方向は鉄道車両の走行方向で、レール4が延伸する方向である。幅方向は鉄道車両の車幅方向である。上下方向は鉄道車両の上下方向で、フレーム12については、台車枠8側が上方側の方向、レール4側が下方側の方向となる。
FIG. 1 shows three directions orthogonal to a railway vehicle. The front-rear direction is the traveling direction of the railway vehicle and is the direction in which the rail 4 extends. The width direction is the vehicle width direction of the railway vehicle. The up-down direction is the up-down direction of the railway vehicle. As for the
図2と図3は、昇降装置20の構成図である。図2は、ブレーキ制御が休止状態のときの昇降装置20の状態を示し、図3は、ブレーキ制御が操作状態のときの昇降装置20の状態を示す。昇降装置20を構成する気体圧シリンダ22は、シリンダ部26とピストン部28とを含む。昇降装置20を構成する昇降気体圧回路24は、気体圧供給源70と、逆止弁72と、気体圧供給路80と、三方弁100とを含む。図2と図3は、ブレーキ制御の状態が異なることに対応して、三方弁100の動作状態と、シリンダ部26に対するピストン部28の位置とが相違する。シリンダ部26とピストン部28とは、共に複数の構成要素を含むが、図2では比較的にシリンダ部26の各構成要素が分かり易く示され、図3では比較的にピストン部28の各構成要素が分かり易く示される。そこで、図2と図3を使い分けながら、昇降装置20の各構成要素を述べる。
2 and 3 are configuration diagrams of the
気体圧シリンダ22は、気体圧によってシリンダ部26の軸方向に沿ってピストン部28が摺動する直進移動機構である。気体圧シリンダ22の軸方向は、図1で述べたフレーム12の昇降方向と平行である。気体圧シリンダ22のシリンダ部26の内部空間は、ピストン部28を構成するピストン50によって第1気体室30と第2気体室32に仕切られる。気体圧シリンダ22の軸方向であるフレーム12の昇降方向に沿って、レール4側の空間が第1気体室30で、台車枠8側の空間が第2気体室32である。気体圧シリンダ22には、第1気体室30に連通するロッド側ポート34と、第2気体室32に連通するヘッド側ポート36とが設けられる。以下では、昇降装置20の上下方向について、台車枠側の方向を第2気体室32側の方向と呼び、レール側の方向を第1気体室30側の方向と呼ぶ。
The
気体圧シリンダ22のシリンダ部26は、図2に示すように、シリンダチューブ38、ヘッドカバー40、第1ロッドカバー42、第2ロッドカバー44を含む。
As shown in FIG. 2, the
シリンダチューブ38は、ピストン部28のピストン50の外周壁が摺動する内周壁を有する円筒状の部材である。シリンダチューブ38の内周壁は滑らかに高精度に加工され、内径寸法は所定の精度で管理される。
The
ヘッドカバー40は、シリンダチューブ38の第2気体室32側の開口を塞ぐカバー部材である。ヘッドカバー40は、台車枠8に取付けられ、これによってシリンダ部26は台車枠8と一体化され、固定される。第1ロッドカバー42と第2ロッドカバー44は、シリンダチューブ38の第1気体室30側の開口を塞ぐカバー部材である。
The
第1ロッドカバー42の内径側には、摺動シールリング46が配置される。摺動シールリング46は、ピストン部28のピストンロッド52の外周壁が摺動する内周壁を有する円筒状の部材である。摺動シールリング46の内周壁は滑らかに高精度に加工され、内径寸法は所定の精度で管理される。摺動シールリング46は、ピストンロッド52を軸方向に沿って傾かないように案内するために、適当な軸方向長さを有する。摺動シールリング46には、軸方向の長さに応じて、適当な数のロッド支持リング48が配置される。図2、図3の例では2つのロッド支持リング48が配置される。ロッド支持リング48は、摺動シールリング46とピストンロッド52との間から気体が漏れることを防止する環状のシール部材である。第2ロッドカバー44は、第1ロッドカバー42に接続されて摺動シールリング46の端部を保持し、ピストンロッド52が摺動できる貫通穴を有するカバー部材である。
A sliding
気体圧シリンダ22のピストン部28は、図3に示すように、ピストン50、ピストンロッド52、コンロッドスリーブ54、コンロッド56、ピストン押えリング58、ストッパ60を含む。
As shown in FIG. 3, the
ピストン50は、シリンダ部26のシリンダチューブ38の内周壁に案内されて軸方向に移動する円板状の部材である。ピストン50の外周壁には、摺動リング62が配置される。摺動リング62は、シリンダチューブ38の内周壁を摺動するリング状の部材である。摺動リング62の外周壁は滑らかに高精度に加工され、外径寸法は所定の精度で管理される。摺動リング62の軸方向に沿ったほぼ中央部に設けられるピストンリング64は、シリンダチューブ38と摺動リング62との間から気体が漏れることを防止する環状のシール部材である。ピストン50によって、シリンダチューブ38の内部空間は、第1気体室30と第2気体室32とに仕切られる。
The
ピストンロッド52は、一方端がピストン50の第1気体室30側に取付けられ、他方端がシリンダ部26の第1気体室30側に突出す円柱状の部材である。ピストン部28として組立された状態では、ピストン50はピストンロッド52に対して鍔状に径方向に張り出す円板状であるが、ピストン部28として組立される前の状態のピストン50は円環状の部材である。この円環状の内径穴にピストンロッド52の一方端が挿入され、ピストン押えリング58によってピストン50とピストンロッド52とが一体化されて固定される。
The
ピストンロッド52はその内径側にコンロッドスリーブ54が嵌め込まれ、コンロッドスリーブ54の内径側にコンロッド56が嵌め込まれる。コンロッドスリーブ54とコンロッド56とはストッパ60によって一体化され、固定される。コンロッド56の先端部は、レールブレーキ用のフレーム12に取付けられ、これによってピストンロッド52とフレーム12が一体化され、固定される。
The connecting
上記のように、シリンダ部26のヘッドカバー40が台車枠8に一体化されて取付けられ、ピストン部28のコンロッド56がフレーム12に一体化されて取付けられる。気体圧シリンダ22においてシリンダ部26に対しピストン部28が第1気体室30側に移動すると、車軸に固定された台車枠8に対し、フレーム12が下方側に移動する。フレーム12が下方に移動するとともに、フレーム12に設けられた励磁コイル16が励磁され、磁極15を介してブレーキシュー18がレール4と相互作用してレールブレーキが働く。
As described above, the
ピストン50の外径をDとし、ピストンロッド52の外径をdとすると、第2気体室32の受圧面積A2は、A2=(πD2/4)で示され、第1気体室30の受圧面積A1は、A1={(πD2/4)−(πd2/4)}で示される。受圧面積の差ΔAは(A2−A1)で、ピストンロッド52の断面積(πd2/4)である。第2気体室32の受圧面積A2=(πD2/4)を基準の100%とすると、受圧面積の差は、ΔA=(d/D)2×100%で与えられる。
The outer diameter of the
ここで、第1気体室30の圧力が第2気体室32の圧力と同じのときは、その圧力をPAとして、{PA×(受圧面積の差)}={PA×(d/D)2×100%}の大きさの推力が生じる。推力は、PAが大気圧よりも大きい正圧のとき、第2気体室32側から第1気体室30側の方向に生じる。これについては、図4以下で昇降装置20の作用効果として後述する。
Here, when the pressure of the
昇降気体圧回路24は、気体圧供給源70、逆止弁72、フィルタ74、絞り部76、気体圧供給路80、三方弁100を含んで構成される。
The elevating
気体圧供給源70は、所定の圧力PSを有する気体を、気体圧シリンダ22に対して供給する高圧気体源である。気体圧供給源70としては、鉄道車両に搭載可能なコンプレッサが用いられる。場合によっては、高圧タンクを用いてもよい。
The gas
気体圧供給路80は、気体圧供給源70と気体圧シリンダ22のロッド側ポート34とを結ぶ高圧流路である。気体圧供給路80には、気体圧供給源70側からロッド側ポート34に向かって、高圧気体の逆流を防止する逆止弁72、供給される気体に含まれる塵埃等を除去するフィルタ74、流速を適度に抑制する絞り部76、バッファタンク78が順次配置される。
The gas
三方弁100は、制御装置120のブレーキ制御部124の制御の下で動作し、第1ポート106、第2ポート108、第3ポート110の3つの気体入出力ポートを有する電磁弁である。第1ポート106は、第1ポート側流路82に接続される。第1ポート側流路82は、接続点84において気体圧供給路80と接続する。第2ポート108は、第2ポート側流路86に接続され、第2ポート側流路86は、絞り部90と消音器92を経て大気に開放される。第3ポート110は、第3ポート側流路88を介して気体圧シリンダ22のヘッド側ポート36に接続される。
The three-
三方弁100は、第1ポート106、第2ポート108、第3ポート110の3つのポートを周壁部に有するスリーブの中に、大径のランドと小径の軸部とを有するスリーブが配置された構造を有する。三方弁100は、アクチュエータ102によってスリーブを軸方向に移動させて、第1ポート106、第2ポート108、第3ポート110の3つのポートの間の連通関係を切り替える。復帰手段104は、アクチュエータ102が駆動されないときにスリーブを初期状態に復帰させる付勢手段である。ここでは、復帰手段104として、気体圧を利用する。
In the three-
三方弁100は、ブレーキ制御部124のブレーキ制御が「休止状態」の指令のときは、アクチュエータ102が駆動されず、復帰手段104によってスプールの位置が初期状態にある。三方弁100のこの状態をブレーキ制御の指令と同じとして、三方弁100の「休止状態」と呼ぶ。ブレーキ制御が「操作状態」の指令のときは、アクチュエータ102が駆動状態となり、復帰手段104の付勢力に抗してスプールの位置が初期状態から移動して移動状態となる。三方弁100のこの状態をブレーキ制御の指令と同じとして、三方弁100の「操作状態」と呼ぶ。
In the three-
図2、図3において、三方弁100の休止状態と操作状態の2つの状態における各ポート間の連通状態を2つの枠で示す。2つの枠の内、復帰手段104側の枠100Aは、三方弁100が休止状態のときの各ポートの連通状態を示す。2つの枠の内、アクチュエータ102側の枠100Bは、三方弁100が操作状態のときの各ポートの連通状態を示す。
In FIG. 2 and FIG. 3, the communication state between each port in two states, the rest state and the operation state, of the three-
図2は、ブレーキ制御及び三方弁100が休止状態のときを示す図である。以下では休止状態における第1ポート106、第2ポート108、第3ポート110をそれぞれ第1ポート106A、第2ポート108A、第3ポート110Aと呼ぶ。三方弁100の休止状態では、第1ポート106Aは、他のどのポートにも連通せず閉鎖状態であり、第2ポート108Aは、第3ポート110Aと連通する。この連通状態によって、気体圧シリンダ22の第2気体室32は、ヘッド側ポート36と第3ポート側流路88と第3ポート110Aと第2ポート108Aと第2ポート側流路86とを経て大気に開放される。第2気体室32の圧力P0は大気圧である。気体圧シリンダ22の第1気体室30は、三方弁100を介さずに気体圧供給路80を経て気体圧供給源70に接続される。第1気体室30の圧力は、気体圧供給源70の圧力PSである。したがって、ピストン50は、この圧力差によって第2気体室32側に移動する。なお、図2ではピストン50がストローク限度まで移動した状態を示し、第2気体室32は表示されていない。これによってフレーム12は、台車枠8側に引き上げられた状態となる。
FIG. 2 is a diagram showing the brake control and when the three-
図3は、ブレーキ制御及び三方弁100が操作状態のときを示す図である。以下では操作状態における第1ポート106、第2ポート108、第3ポート110をそれぞれ第1ポート106B、第2ポート108B、第3ポート110Bと呼ぶ。三方弁100の操作状態では、第2ポート108Bは、他のどのポートにも連通せず閉鎖状態であり、第1ポート106Bは、第3ポート110Bと連通する。この連通状態によって、気体圧シリンダ22の第2気体室32は、ヘッド側ポート36と第3ポート側流路88と第3ポート110Bと第1ポート106Bと第2ポート側流路86と接続点84と気体圧供給路80とを経て気体圧供給源70に接続される。第2気体室32の圧力は、気体圧供給源70の圧力PSである。気体圧シリンダ22の第1気体室30は、三方弁100を介さずに気体圧供給路80を経て気体圧供給源70に接続される。第1気体室30の圧力は、気体圧供給源70の圧力PSである。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state where the brake control and the three-
ブレーキ制御及び三方弁100が操作状態のときは、第1気体室30の圧力も第2気体室32の圧力も共にPSである。このときは、ピストン50の第2気体室32側の受圧面積と第1気体室30側の受圧面積の差によって、{PS×(受圧面積の差)}={PS×(d/D)2×100%}の大きさの推力が生じる。Dはピストン50の外径、dはピストンロッド52の外径である。PSは大気圧であるP0よりも大きな高圧であるので、推力は、第2気体室32側から第1気体室30側の方向に生じる。したがって、ピストン50は、この受圧面積の差による推力によって第1気体室30側に移動する。なお、図3ではピストン50がストローク限度まで移動した状態を示し、第1気体室30は表示されていない。これによってフレーム12は、レール4側に下降する。
When the brake control and the three-
図3におけるピストン50の下降は、第1気体室30の圧力と第2気体室32の圧力との差に基づかず、第1気体室30の受圧面積と第2気体室32の受圧面積との差に基づくので、気体圧供給源70の圧力PSの制御によらず、機構に基づいて自己起動的に生じる。受圧面積の差は、昇降装置20の自己起動的な下降動作について重要な働きをする。昇降装置20の下降速度は、受圧面積の差が大きいほど迅速になるが、鉄道車両の利用者等への衝撃を考慮すると、急激すぎるレールブレーキ動作を避けることが望ましい。例えば、ピストン50の第2気体室32側の受圧面積を基準の100%として、第1気体室30側の受圧面積が80%から10%の範囲とする。換言すれば、受圧面積の差は、第2気体室32の受圧面積の20%から90%の範囲で、レールブレーキの仕様に応じて設定できる。
The lowering of the
上記構成の昇降装置20の作用効果について、図4、図5を用いてさらに詳細に説明する。図4は、気体圧供給源70から気体圧供給路80に圧力PSの気体が正常に供給されるときの気体圧シリンダ22の状態を示す。図5は、何かの理由で気体圧供給源70から気体圧供給路80に圧力PSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ22の状態を示す。三方弁100は、制御装置120のブレーキ制御部124の制御の下で正常に動作する。これらの図において、(a)は、ブレーキ制御及び三方弁100が休止状態のときの気体圧シリンダ22の状態を示し、(b)は、三方弁100が(a)の休止状態から操作状態に切り替わった後の気体圧シリンダ22についての過渡状態を示す。(c)は、(b)の後に、気体圧シリンダ22が安定したときの状態を示し、(d)は、三方弁100が(c)の操作状態から休止状態に切り替わった後の気体圧シリンダ22についての過渡状態を示す。
The effects of the
図4において、(a)は、三方弁100が休止状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にあるときで、図2と同じ状態の図となる。この状態は、気体圧シリンダ22において、第1気体室30の圧力が気体圧供給源70の圧力PSで、第2気体室32の圧力P0が大気圧である。ピストン50は第2気体室32側にあり、フレーム12は台車枠8側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかかっていない。
In FIG. 4, (a) is a figure of the same state as FIG. 2, when the three-
(b)においては、三方弁100が操作状態に切り替わるので、第2気体室32側の圧力がP0からPSに上昇する。第1気体室30の圧力はPSのままであるので、ピストン50の第1気体室30側の受圧面積と第2気体室32側の受圧面積との差によって、ピストン50は、第1気体室30側に自己起動的に移動を始める。
In (b), since the three-
(c)は(b)からある程度の時間が経過し、三方弁100が操作状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にあるときで、図3と同じ状態である。ここでは、ピストン50の第1気体室30側の受圧面積と第2気体室32側の受圧面積との差によって、ピストン50の位置は、第1気体室30側に安定して落ち着く。これによりフレーム12はレール4側に下降し、励磁コイル16の励磁が行われて、レールブレーキが働く。
(C) is the same state as FIG. 3 when a certain amount of time has elapsed from (b), the three-
(d)においては、三方弁100が休止状態に切り替わるので、第2気体室32側の圧力がPSからP0に低下する。第1気体室30の圧力はPSのままであるので、この圧力差によって、ピストン50は、第2気体室32側に移動を始める。図4の例では、(d)の後、(a)の状態に移り、以後上記の状態の変化を繰り返す。
In (d), since the three-
図5は、何かの理由で気体圧供給源70から気体圧供給路80に圧力PSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ22の状態を示す図である。ここでは、気体圧供給源70と逆止弁72との間の気体圧供給路80をX印で破断して、気体圧供給路80に圧力PSの気体が供給されないことを示す。
Figure 5 is a diagram showing a state of the
図5(a)は、三方弁100が休止状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にあるときを示す図である。ここでは、気体圧供給路80に気体圧供給源70からの気体供給がされないが、それ以前の動作状態の過程において逆止弁72よりも下流側の気体圧供給路80には圧力PSまたはそれに近い圧力の気体が残っている。また、バッファタンク78にも圧力PSまたはそれに近い圧力の気体が蓄積されている。これらの高圧気体によって、第1気体室30の圧力は圧力PSまたはそれに近い高圧に維持される。第2気体室32の圧力P0は大気圧である。したがって、ピストン50は第2気体室32側にあり、フレーム12は台車枠8側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかかっていない。
FIG. 5A is a diagram showing a state where the three-
(b)においては、三方弁100が操作状態に切り替わるので、第2気体室32には、気体圧供給路80とバッファタンク78の圧力PSまたはそれに近い圧力の気体が供給され、第2気体室32側の圧力がP0からPSまたはそれに近い圧力に上昇する。第1気体室30の圧力はPSまたはそれに近い圧力のままであるので、ピストン50の第1気体室30側の受圧面積と第2気体室32側の受圧面積との差によって、ピストン50は、第1気体室30側に自己起動的に移動を始める。
In (b), since the three-
(b)の過程において、第1気体室30の体積と第2気体室32の体積の間に体積差があるので、ピストン50の自己起動的な移動によって、第1気体室30と第2気体室32の間の三方弁100を介した連通状態における気体圧が僅かに変動する。バッファタンク78は、この気体圧の僅かな変動を補償するので、次の(c)のレールブレーキの動作状態へ安定して移動できる。
In the process of (b), since there is a volume difference between the volume of the
(c)は(b)からある程度の時間が経過し、三方弁100が操作状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にあるときである。ここでは、(b)と同様に、ピストン50の第1気体室30側の受圧面積と第2気体室32側の受圧面積との差によって、ピストン50の位置は、第1気体室30側に安定して落ち着く。これによりフレーム12はレール4側に下降して、励磁コイル16の励磁が行われて、レールブレーキが働く。
(C) is a time when a certain amount of time has elapsed from (b), the three-
次の(d)においては、三方弁100が休止状態に切り替わるので、第2気体室32側の圧力がPSからP0に低下する。バッファタンク78にまだ十分な気体が残っているときは、バッファタンク78からPSまたはそれに近い圧力の気体が第1気体室30に供給される。第1気体室30の圧力と第2気体室32の圧力P0との間の圧力差によって、ピストン50は、第2気体室32側に移動を始める。バッファタンク78に十分な気体が残っていないときは(d)の動作は行うことができず、(c)の状態のままとなり、復旧作業等を待つことになる。
In the next (d), since the three-
図4と図5の比較によって次のことが分かる。図2、図3の構成の昇降装置20においては、仮に気体圧供給源70からの気体供給がなくなる等の支障が生じても、ピストン50の両側における受圧面積の差によって、ピストン50は第2気体室32側から第1気体室30側に向かう方向に自己起動的に移動する。これによって、鉄道車両は、緊急時等でレールブレーキを動作させたいときに、確実にレールブレーキを働かせることができる。
The following can be understood by comparing FIG. 4 and FIG. In the elevating
また、気体圧シリンダ22の軸方向は、フレーム12の昇降方向と平行とされる。これにより、受圧面積の差に基づく自己起動的な移動に加え、ピストン50の自重による自己起動的な移動が加算されるので、レールブレーキの動作がより確実になる。
In addition, the axial direction of the
図6と図7は、比較のために、従来技術の昇降装置130の構成とその作用効果を示す図である。従来技術の昇降装置130は、図2、図3の昇降装置20と4つの点で相違する。従来技術の気体圧シリンダ132は、ピストンロッド134の外径が細い。また、ブレーキ制御によって連通状態を変更するのに四方弁140を用いる。また、バッファタンク78を有しない。さらに気体圧供給路136は四方弁140に接続されるのみで、気体圧シリンダ132のロッド側ポート34には接続されない。
FIG. 6 and FIG. 7 are diagrams showing the configuration of the
図6は図4に対応する図で、気体圧供給源70から気体圧供給路80に圧力PSの気体が正常に供給されるときの気体圧シリンダ132の状態を示す。図7は図5に対応する図で、何かの理由で気体圧供給源70から気体圧供給路80に圧力PSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ132の状態を示す。四方弁140は、制御装置120のブレーキ制御部124の制御の下で正常に動作する。図6(a)〜(d)はそれぞれ図4(a)〜(d)に対応し、図7(a)〜(d)はそれぞれ図5(a)〜(d)に対応する。
Figure 6 is a view corresponding to FIG. 4, showing the state of the
最初に、図6(a)を用いて、気体圧シリンダ132と四方弁140の内容を述べる。気体圧シリンダ132のシリンダ部26は、気体圧シリンダ22のシリンダ部26と同じである。ピストン50も気体圧シリンダ22のピストン50と同じである。ピストンロッド134は、外径が気体圧シリンダ22のピストンロッド52よりも細い。気体圧シリンダ22のピストン50における第1気体室30側の受圧面積が第2気体室32側の受圧面積の80%以下10%以上の範囲とすると、気体圧シリンダ132においては第1気体室30側の受圧面積は第2気体室32側の受圧面積の10%未満である。例えば、ピストン50の外径に対し20%の太さのピストンロッド134とするときは、第1気体室30側の受圧面積は第2気体室32側の受圧面積の4%となる。従来技術では、この程度の太さのピストンロッド134が用いられる。
First, the contents of the
四方弁140においてアクチュエータ102と復帰手段104は、三方弁100におけるアクチュエータ102と復帰手段104と同じである。四方弁140は、第1ポート142、第2ポート144、第3ポート146、第4ポート148の4つのポートを有する。第1ポート142は、気体圧供給路136に接続される。第2ポート144は、三方弁100の第2ポート108と同様に、絞り部90と消音器92を経て大気に開放される。第3ポート146は気体圧シリンダ132のヘッド側ポート36に接続される。第4ポート148は気体圧シリンダ132のロッド側ポート34に接続される。
In the four-
四方弁140の休止状態と操作状態の2つの状態における各ポート間の連通状態を2つの枠で示す。2つの枠の内、復帰手段104側に示す枠140Cは、四方弁140が休止状態のときの各ポートの連通状態を示す。2つの枠の内、アクチュエータ102側に示す枠140Dは、四方弁140が操作状態のときの各ポートの連通状態を示す。
The communication state between the ports in the two states of the four-
ここで、第1ポート142、第2ポート144、第3ポート146、第4ポート148について、休止状態のときは、それぞれ第1ポート142C、第2ポート144C、第3ポート146C、第4ポート148Cとする。同様に、操作状態のときは、それぞれ第1ポート142D、第2ポート144D、第3ポート146D、第4ポート148Dとする。図6(a)に示すように、四方弁140が休止状態のときは、第1ポート142Cと第4ポート148Cとが連通し、第2ポート144Cと第3ポート146Cとが連通する。図6(b)に示すように、四方弁140が操作状態のときは、第1ポート142Dと第3ポート146Dとが連通し、第2ポート144Dと第4ポート148Dとが連通する。
Here, when the first port 142, the second port 144, the third port 146, and the fourth port 148 are in the dormant state, the
図6(a)は、四方弁140が休止状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にある。休止状態の四方弁140においては、気体圧供給源70からの圧力PSの気体は、気体圧供給路136を経て第1ポート142Cから第4ポート148Cに連通し、気体圧シリンダ132のロッド側ポート34から第1気体室30に供給される。一方、第2気体室32は、ヘッド側ポート36より第3ポート146Cから第2ポート144Cに連通し、大気に開放される。したがって、第1気体室30の圧力PSと第2気体室32の圧力P0との間の圧力差で、ピストン50は第2気体室32側の安定位置を維持する。
FIG. 6A shows that the four-
(b)においては、三方弁100が操作状態に切り替わる。操作状態の四方弁140においては、気体圧供給源70からの圧力PSの気体は、気体圧供給路136を経て第1ポート142Dから第3ポート146Dに連通し、気体圧シリンダ132のヘッド側ポート36から第2気体室32に供給される。一方、第1気体室30は、ロッド側ポート34より第4ポート148Dから第2ポート144Dに連通し、大気に開放される。したがって、第2気体室32の圧力PSと第1気体室30の圧力P0との間の圧力差でピストン50は、第1気体室30側に移動を始める。第2気体室32と第1気体室30との間に圧力差があるので、ピストン50の第1気体室30側の受圧面積と第2気体室32側の受圧面積の差による推力は考慮しなくてよい。
In (b), the three-
(c)は(b)からある程度の時間が経過したときで、三方弁100が操作状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にある。ここでは、第2気体室32の圧力PSと第1気体室30の圧力P0との間の圧力差で、ピストン50の位置は、第1気体室30側に安定して落ち着き、これによりフレーム12はレール4側に下降して、励磁コイル16の励磁が行われて、レールブレーキが働く。
(C) is when a certain amount of time has elapsed from (b), in which the three-
(d)においては、三方弁100が休止状態に切り替わる。ここでは、気体圧供給源70からの圧力PSの気体は、気体圧供給路136を経て第1ポート142Cから第4ポート148Cに連通し、気体圧シリンダ132のロッド側ポート34から第1気体室30に供給される。これにより、第1気体室30の圧力はP0からPSに上昇する。一方、第2気体室32は、ヘッド側ポート36より第3ポート146Cから第2ポート144Cに連通し、大気に開放されるので、第2気体室32の圧力はPSからP0に低下する。したがって、第1気体室30の圧力PSと第2気体室32の圧力P0との間の圧力差で、ピストン50は、第2気体室32側に移動を始める。図6の例では、(d)の後、(a)の状態に移り、以後上記の状態の変化を繰り返す。
In (d), the three-
図7は、何かの理由で気体圧供給源70から気体圧供給路136に圧力PSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ132の状態を示す図である。ここでは、気体圧供給源70と逆止弁72との間の気体圧供給路136をX印で破断して、気体圧供給路136に圧力PSの気体が供給されないことを示す。
Figure 7 is a diagram showing a state of the
図7(a)は、三方弁100が休止状態で、気体圧シリンダ132が安定した状態にあるときに、気体圧供給路136に気体圧供給源70からの気体供給がされなくなった場合を示す。このときでも、逆止弁72の作用によって、第1気体室30の気体は実質的に外部に漏れることがなく、第1気体室30の圧力は図6(a)と同様に、PSを維持する。第2気体室32は大気に開放された状態であるので、その圧力はP0である。したがって、ピストン50は第2気体室32側にあり、フレーム12は台車枠8側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかかっていない。
FIG. 7A shows a case where gas supply from the gas
(b)は、気体圧供給路136に気体圧供給源70からの気体供給がされなくなった後で、制御装置120のブレーキ制御部124の指令によって四方弁140が操作状態に切り替わった場合を示す。このとき、第2気体室32には気体圧供給路136からの気体供給がないので、それ以前の圧力のP0の状態を維持する。第1気体室30は、大気開放されるので、PSからP0に上昇した状態を維持する。第1気体室30は大気開放されるので、P0の圧力である。
(B) shows the case where the four-
このように、第1気体室30の圧力と第2気体室32の圧力は、共にP0の同じ圧力であるが、シリンダ部26から突き出すピストンロッド52が気体圧シリンダ132の外部の気圧である大気圧を受けている。したがって、ピストン50において第1気体室30側の受圧面積は、第2気体室32側の受圧面積と実質的に同じとなる。このため、図4、図5で説明したような受圧面積の差による推力が発生しない。すなわち、ピストン50は、(a)の状態を維持し、移動しない。したがって、ブレーキ制御部124が操作状態の指令を出し四方弁140が操作状態に切り替わったにも関わらず、ピストン50は第2気体室32側にあり、フレーム12は台車枠8側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかからない。
Thus, the pressure in the
(c)は(b)からある程度の時間が経過し、三方弁100が操作状態で、気体圧シリンダ22が安定した状態にあるときである。ここでは、(a),(b)から変化がなく、第2気体室32は圧力P0の状態を維持し、第1気体室30は、圧力P0上昇した状態を維持する。第1気体室30は大気に開放されるので、P0の圧力である。したがって、ピストン50は、(a),(b)の状態を維持し、移動せず、レールブレーキはかからない状態のままである。
(C) is a time when a certain amount of time has elapsed from (b), the three-
次の(d)において、三方弁100が休止状態に切り替わる。これにより、第2気体室32は改めて大気に開放されるが、(a)ですでに大気に開放されているので、状態の変化は生じず、圧力はP0のままである。したがって、ピストン50は(c)の状態のままである。
In the next (d), the three-
図6と図7によって次のことが分かる。すなわち、従来技術の昇降装置130において、気体圧供給源70から気体圧供給路136に圧力PSの気体が供給されるときは、図3と同様に、鉄道車両の緊急時等においてブレーキ制御部124が操作状態の指令を出すとレールブレーキがかかる。一方、気体圧供給源70から気体圧供給路136に気体が供給されないときは、鉄道車両の緊急時等においてブレーキ制御部124が操作状態の指令を出しても、レールブレーキがかからない。
6 and 7 show the following. That is, in prior
これに対し、図2、図3の構成の昇降装置20では、気体圧供給源70から気体圧供給路136に気体が供給されなくても、ブレーキ制御部124が操作状態の指令を出すと、自己起動的にピストン50が第1気体室30側に移動し、レールブレーキがかかる。この作用の違いは、気体圧供給路80,136の接続関係の差と、三方弁100と四方弁140の構成の差と、バッファタンク78の有無の差等に基づく。なお、図2、図3の構成では四方弁でなく三方弁100を用いるので、切替弁における漏れ等を四方弁に比較してより少ないことも相違する。
On the other hand, in the
図2、図3の昇降装置20の構成によれば、仮に気体圧供給源70からの気体供給がなくなったときでも、ピストン50の両側における受圧面積の差によって、ピストン50は第2気体室32側から第1気体室30側に向かう方向に自己起動的に移動する。自己起動的な移動速度は、第1気体室30からの気体の抜ける速度に依存する。図8は、図2、図3における気体圧シリンダ22の変形例として、第1気体室30側からの気体の抜ける速度を、ピストン50の下降位置に応じて変化できる気体圧シリンダ150を示す図である。
According to the configuration of the
図8は、図4の(b)の状態に対応する気体圧シリンダ150の断面図である。図4(b)の状態は、ピストン50が第2気体室32側から第1気体室30側に移動する途中である。気体圧シリンダ150において、第1ロッドカバー42の第1気体室30からロッド側ポート34の間の流路に、端部流路154と、バイパス流路156とが設けられる。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
端部流路154は、気体圧供給路80に接続されるロッド側ポート34と、第1気体室30の端部の開口部158との間を、所定のオリフィス160を介して接続する流路である。端部流路154の第1気体室30側の端部の開口部158は、第1気体室30の底面に設けられる。気体圧シリンダ150における上下方向に沿った端部流路154の開口部158の位置は、気体圧シリンダ150の第1気体室30の底面の位置である。この位置をH28と示す。オリフィス160は、第1気体室30からロッド側ポート34に抜ける気体の流れを絞る絞り部で、絞り径等を所定の値に設定することで、端部流路154を流れる流量を、オリフィス160を設けないときの気体の流量に比較して少ない流量とする。
The
バイパス流路156は、気体圧供給路80に接続されるロッド側ポート34と、端部流路154の開口部158よりも第2気体室32側のシリンダチューブ38の内周壁に開口する開口部162との間を接続する流路である。バイパス流路156にはオリフィス等の流量制限手段は設けられない。端部流路154の開口部158の位置H28を基準位置として、基準位置から測った開口部162の第1気体室30側の下端の位置をH156と示す。
The
図8において、端部流路154の開口部158の位置H28を基準位置として、ピストン50の第1気体室30側の受圧面の位置をH55とする。図8の状態はH55>H156であり、ピストン50はバイパス流路156の開口部162を塞がない。したがって、第1気体室30からロッド側ポート34側に流れる気体の流量は、端部流路154を流れる流量Q154と、バイパス流路156を流れる流量Q156との和となる。端部流路154にはオリフィス160が設けられるので、Q154<Q156である。第1気体室30からロッド側ポート34側に流れる気体の流量をQ28とすると、ピストン50がバイパス流路156の開口部162を完全に塞がないH55>H156の範囲では、Q28=(Q154+Q156)>Q154である。
8, the position H 28 of the
ピストン50が第1気体室30側に更に下降して、バイパス流路156の開口部162を完全に塞ぐと、第1気体室30からロッド側ポート34側に流れる気体の流量は、端部流路154を流れる流量Q154のみとなる。すなわち、ピストン50がバイパス流路156の開口部162を完全に塞いだ後の(0≦H55≦H156)の範囲では、Q28=Q154<(Q154+Q156)となる。これにより、ピストン50が第1気体室30側の方向に移動するに従って、第1気体室30の気体の第2気体室側に抜ける量が少なくなるので、ピストン50の移動速度を緩やかにでき、レールブレーキの動作による衝撃を緩和できる。
When the
上記では、第1ロッドカバー42の第1気体室30からロッド側ポート34の間の流路を、流せる流量の異なる端部流路154とバイパス流路156の2つの流路を並列接続して構成した。さらにきめ細かくピストン50の移動速度を多段に緩やかにするために、流せる流量の異なる複数の流路を並列に接続して構成し、各流路の開口部の位置を、シリンダチューブ38の内周壁に沿って上下方向に順次配置してもよい。
In the above, the flow path between the
4 レール、6 車輪、8 台車枠、10 (鉄道車両の)レールブレーキシステム、12 フレーム、14 磁束発生部、15 磁極、16 励磁コイル、18 ブレーキシュー、20,130 昇降装置、22,132,150 気体圧シリンダ、24 昇降気体圧回路、26 シリンダ部、28 ピストン部、30 第1気体室、32 第2気体室、34 ロッド側ポート、36 ヘッド側ポート、38 シリンダチューブ、40 ヘッドカバー、42 第1ロッドカバー、44 第2ロッドカバー、46 摺動シールリング、48 ロッド支持リング、50 ピストン、52,134 ピストンロッド、54 コンロッドスリーブ、56 コンロッド、58 ピストン押えリング、60 ストッパ、62 摺動リング、64 ピストンリング、70 気体圧供給源、72 逆止弁、74 フィルタ、76,90 絞り部、78 バッファタンク、80,136 気体圧供給路、82 第1ポート側流路、84 接続点、86 第2ポート側流路、88 第3ポート側流路、92 消音器、100 三方弁、100A,140C (休止状態の連通状態を示す)枠、100B,140D (操作状態の連通状態を示す)枠、102 アクチュエータ、104 復帰手段、106,106A,106B,142,142C,142D 第1ポート、108,108A,108B,144,144C,144D 第2ポート、110,110A,110B,146,146C,146D 第3ポート、120 制御装置、122 励磁回路、124 ブレーキ制御部、140 四方弁、148,148C,148D 第4ポート、154 端部流路、156 バイパス流路、158,162 開口部、160 オリフィス。 4 rails, 6 wheels, 8 bogie frames, 10 (railcar) rail brake systems, 12 frames, 14 magnetic flux generators, 15 magnetic poles, 16 excitation coils, 18 brake shoes, 20, 130 lifting devices, 22, 132, 150 Gas cylinder, 24 Elevating gas pressure circuit, 26 Cylinder part, 28 Piston part, 30 First gas chamber, 32 Second gas chamber, 34 Rod side port, 36 Head side port, 38 Cylinder tube, 40 Head cover, 42 First Rod cover, 44 Second rod cover, 46 Sliding seal ring, 48 Rod support ring, 50 Piston, 52, 134 Piston rod, 54 Connecting rod sleeve, 56 Connecting rod, 58 Piston presser ring, 60 Stopper, 62 Sliding ring, 64 Piston ring, 70 gas pressure Supply source, 72 Check valve, 74 Filter, 76, 90 Restriction part, 78 Buffer tank, 80, 136 Gas pressure supply path, 82 1st port side flow path, 84 Connection point, 86 2nd port side flow path, 88 1st 3-port side flow path, 92 silencer, 100 three-way valve, 100A, 140C (indicating communication state in rest state), 100B, 140D (indicating communication state in operation state) frame, 102 actuator, 104 return means, 106 106A, 106B, 142, 142C, 142D 1st port, 108, 108A, 108B, 144, 144C, 144D 2nd port, 110, 110A, 110B, 146, 146C, 146D 3rd port, 120 controller, 122 excitation Circuit, 124 Brake control unit, 140 Four-way valve, 148, 148C, 148D Fourth Over DOO, 154 end channel, 156 bypass passage, 158, 162 opening, 160 orifices.
Claims (5)
フレームに取り付けられた磁極、及び磁極に巻回される励磁コイルを含む磁束発生部と、
レールに対向して磁極に取り付けられたブレーキシューと、
昇降装置の昇降、及び励磁コイルの励磁の制御によってブレーキシューとレールとの間のブレーキ制御を行う制御装置と、
を備え、
昇降装置は、
気体圧供給源と、
フレームと台車枠との間に設けられる気体圧シリンダであって、ピストンロッド側の第1気体室、及びピストンロッドと反対側の第2気体室にピストンによって仕切られる気体圧シリンダと、
気体圧供給源から逆止弁を介して気体圧シリンダの第1気体室に延びる気体圧供給路と、
気体圧供給路に接続される第1ポート、大気に開放される第2ポート、及び気体圧シリンダの第2気体室に接続される第3ポートを有し、ブレーキ制御が休止状態のときは第3ポートを第2ポートに連通させ、ブレーキ制御が操作状態のときは第3ポートを第1ポートに接続させる三方弁と、
を含むことを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。 A frame that can be lifted and lowered from a carriage frame supported by wheels via a lifting device;
A magnetic flux generator including a magnetic pole attached to the frame and an exciting coil wound around the magnetic pole;
Brake shoes attached to the magnetic poles facing the rails,
A control device that performs brake control between the brake shoe and the rail by controlling the lifting and lowering of the lifting device and the excitation of the excitation coil;
With
The lifting device
A gas pressure source;
A gas pressure cylinder provided between the frame and the carriage frame, the gas cylinder being partitioned by a piston into a first gas chamber on the piston rod side and a second gas chamber on the opposite side of the piston rod;
A gas pressure supply path extending from the gas pressure supply source to the first gas chamber of the gas pressure cylinder via a check valve;
A first port connected to the gas pressure supply path, a second port opened to the atmosphere, and a third port connected to the second gas chamber of the gas pressure cylinder; A three-way valve that connects the third port to the second port and connects the third port to the first port when the brake control is in an operating state; and
A rail brake system for a railway vehicle, comprising:
昇降装置は、三方弁の第1ポートと気体圧供給路との接続点に設けられるバッファタンクを含むことを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。 In the rail brake system of the railway vehicle according to claim 1,
The lifting device includes a buffer tank provided at a connection point between the first port of the three-way valve and the gas pressure supply path.
ピストンは、
第1気体室側の受圧面積が第2気体室側の受圧面積の80%以下10%以上であることを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。 In the rail brake system of the railway vehicle according to claim 1 or 2,
The piston is
A rail brake system for a railway vehicle, wherein the pressure receiving area on the first gas chamber side is 80% or less and 10% or more of the pressure receiving area on the second gas chamber side.
気体圧シリンダの軸方向は、フレームの昇降方向と平行であることを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。 In the rail brake system of the railway vehicle according to any one of claims 1 to 3,
A rail brake system for a railway vehicle, characterized in that an axial direction of the gas pressure cylinder is parallel to an ascending / descending direction of the frame.
気体圧シリンダは、
気体圧供給路と第1気体室の端部との間に所定のオリフィスを介して接続する端部流路と、
第1気体室において端部流路よりも第2気体室側で気体圧供給路に接続されるバイパス流路と、
を有することを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。 In the rail brake system of the railway vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The gas pressure cylinder is
An end flow path connected via a predetermined orifice between the gas pressure supply path and the end of the first gas chamber;
A bypass flow path connected to the gas pressure supply path on the second gas chamber side of the end flow path in the first gas chamber;
A rail brake system for a railway vehicle, comprising:
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