JP3572941B2 - 鉄道車両用台車枠 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、側梁と横梁との結合部における応力集中を緩和させ、耐久性の向上を図ることができる鉄道車両用台車枠に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の台車枠は、図５に示すように、所定の間隔を存して配置した一対の側梁１１間の中央部を、例えば２本の横梁１２で連結した構成であり、走行中においては車体を支えるための上下荷重だけでなく、前後、左右、捻り等の荷重を負担する。
【０００３】
こうした構成の台車枠において、横梁１２と側梁１１との間で荷重を伝達するとき、側梁１１と横梁１２との結合部Ｐ全体で均等に荷重を負担すると、応力集中は生じないが、通常は、側梁１１と横梁１２の結合部Ｐの近くに該側梁１１の上面と下面が位置しているため、側梁１１の側面や横梁１２の板厚が一定であっても、側梁１１の上面と下面付近には強度を有することになる。
【０００４】
このように、構造上強度が一様でない構造物に荷重を加えると、強度が大きい箇所で大きな荷重を負担することとなるため、側梁と横梁とにおいては結合部の上部と下部で大きな荷重を負担することになる。
【０００５】
一方、側梁と横梁との結合部においては構造上強度が異なっていても、側梁そのものの板厚は一定であるため、荷重の負担の割合に応じて、高い応力が発生していると言える。そして、横梁についても、一様でない反力を負担するため、側梁と横梁との結合部付近の上部と下部に大きな荷重を受け、高い応力が発生することになる。従って、前記した前後、左右の捻り等の荷重が台車枠に作用した場合には、側梁と横梁の結合部の上部と下部付近で、応力集中が発生する。
【０００６】
そこで、この高い応力を台車枠の疲労限界強度よりも低くするため、従来は、図６及び図７に示すように、側梁１１と横梁１２の結合部Ｐに補強リブ１３を取り付けたり、図示しないが、側梁と横梁の特に上部と下部付近に溶接ビードを大量に盛り付けて頑丈に結合したりして公称応力を下げていた。
【０００７】
また、こうした応力に対する台車枠の強度を向上させる目的で、例えば特開平９−３０４１７号には、中実かつ解放した一体のＩビーム断面形状を有する軽量側梁の各受台あご区域にブレース手段なる補強部材を設けて、側梁の捻れに対する機械的強度を向上させる鉄道車両台車用軽量側梁及び台車が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は、応力集中が発生する近傍に溶接ビードを盛ったり、側梁と横梁との結合部の外表面にただ漠然と補強部材を加えることで、応力に耐え得る構成としていたが、台車枠の構造によって応力集中そのものを解消しているわけではなく、依然として側梁と横梁の結合部分には応力集中が発生している。
【０００９】
本発明は、上記した問題を解消するためになされたものであり、側梁と横梁との結合部の上部と下部付近で生じている応力集中そのものを小さくすることが可能な鉄道車両用台車枠を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、側梁の内部における側梁の上面と下面との間に設ける補強リブを、漠然と設けるのではなく、補強リブと前記側梁における前記横梁の結合部との距離が前記結合部から側梁の上面又は下面までの距離のうち近い方の距離以下となる位置に、応力が分散されるよう設けたのである。こうすることで、側梁と横梁の結合部に発生する応力集中が緩和される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄道車両用台車枠は、側梁の内部における側梁の上面と下面との間に設ける補強リブを、前記補強リブと前記側梁における前記横梁の結合部との距離が前記結合部から側梁の上面又は下面までの距離のうち近い方の距離以下となる位置に、応力が分散されるように設けたものである。
【００１２】
上記のように、側梁の内部における側梁の上面と下面との間に設ける補強リブを、結合部に近付けることによって構造上の強度むらを減らし、側梁と横梁との結合部の上部と下部で大きな強度を有することで負担していた荷重を、一様な状態に近付けることが可能となり、これにより構造上の応力集中が緩和される。
【００１３】
上記の本発明の鉄道車両用台車枠において、前記補強リブの形状を横梁と同心円となるような曲線状としたり、また、前記結合部から側梁の上面又は下面までの距離のうち近い方の距離以下となる位置に設ける前記補強リブを、複数とした場合には、さらに発生応力を低減させることができるようになる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の鉄道車両用台車枠（以下、台車枠と略記）の実施例について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の台車枠における側梁と横梁と補強リブとの配置関係を示す。図２は、本発明の台車枠における側梁と横梁と補強リブとの結合部周辺のモデルを示す。図３は、実験による台車枠の結合部近傍における応力計算箇所を示す。図４は、図３における計算結果を表したグラフを示す。
【００１５】
本発明の台車枠１は、図１及び図２に示すように、側梁２と横梁３の接合部Ｐにおける該側梁２の両側に設ける補強リブ４を、側梁２と横梁３の結合部Ｐから側梁２の上面又は下面までの距離のうちの近い方の距離Ｌ１と、同一又は短い距離Ｌ２となる位置に設けている。
【００１６】
このような位置に、補強リブ４を設けた場合には、結合部Ｐ全体で荷重を負担するため、発生応力が平衡化されることになる。また、本発明の台車枠１は、補強リブ４を結合部Ｐに近付けるだけでなく、補強リブ４の形状を横梁３と同心円となるような曲線状としたり、補強リブ４を上記条件で複数設けることにより、さらに発生応力を低減させることができる。
【００１７】
ちなみに、図２に示す本発明の台車枠１の側梁２と横梁３と補強リブ４との結合部周辺のモデルと、図７に示す従来の台車枠の側梁１１と横梁１２と補強リブ１３との結合部周辺のモデルとにおいて、下記条件で計算を行った結果を以下に示す。
【００１８】
例えば、図２及び図７の側梁２，１１を幅３００mm×高さ３００mm×肉厚１５mmとし、横梁３，１２を外径１５０mm×肉厚１５mmとし、さらに双方共に同材質とし、図２の本発明においてＬ１が１４２．５mmのときにＬ２が１４２．５mmとなる位置（Ｌ２≦Ｌ１）に補強リブ４を設け、図７の従来例においてＬａが１４２．５mmのときにＬｂが１７２．５mmとなる位置（Ｌａ＜Ｌｂ）に補強リブ１３を設け、双方共に側梁２，１１を固定して横梁３，１２に１０００kgf/mmの捻り荷重を加えて、図３に示すように結合部ＰのＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの応力を計算した。
【００１９】
計算の結果、図７に示した従来の台車枠では、図４の破線に示すように、主に結合部ＰのＡとＣの２箇所でかなり高い応力が発生した。これに対し、図２に示す本発明の台車枠１は、図４の実線に示すように、結合部ＰのＢ，Ｄについては発生応力が従来のものに較べ高くなっているが、結合部ＰのＡ，Ｃについては発生応力が従来のものに較べ低くなっており、結合部ＰのＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全体としては、発生応力そのものが平均的となり従来のものに較べ低く抑えられた。
【００２０】
上記計算からも明らかなように、本発明のように、補強リブ４を、側梁２と横梁３の結合部Ｐから側梁２の上面又は下面までの距離のうちの近い方の距離Ｌ１と、同一又は短い距離Ｌ２となる位置に、つまりＬ２≦Ｌ１となるように設ければ、結合部Ｐの上部と下部が過大に負担する応力が分散され、応力集中を緩和することができるのである。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の鉄道車両用台車枠は、側梁の内部における側梁の上面と下面との間に設ける補強リブを、前記補強リブと前記側梁における前記横梁の結合部との距離が前記結合部から側梁の上面又は下面までの距離のうち近い方の距離以下となる位置に設けたので、側梁と横梁との結合部における応力集中が緩和され、側梁と横梁との結合部の上部と下部付近で生じていた応力集中そのものを小さくすることができ、従って耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄道車両用台車枠における側梁と横梁と補強リブとの配置関係を示す図である。
【図２】本発明の鉄道車両用台車枠における側梁と横梁と補強リブとの配置モデルを示す図である。
【図３】実験による側梁と横梁と補強リブとの結合部におけるの応力計算箇所を示す図である。
【図４】側梁と横梁と補強リブとの結合部における応力計算結果を示す図である。
【図５】従来の鉄道車両用台車枠の概略構成を示す図である。
【図６】従来の鉄道車両用台車枠における側梁と横梁と補強リブとの配置関係を示す図である。
【図７】従来の鉄道車両用台車枠における側梁と横梁と補強リブとの配置モデルを示す図である。
【符号の説明】
１ （鉄道車両）台車枠
２ 側梁
３ 横梁
４ 補強リブ
Ｐ 結合部
Ｌ１ 側梁と横梁の結合部から側梁の上面又は下面までのうち近い方の距離
Ｌ２ Ｌ１に対して同一又は近い距離

Claims (3)

1. 側梁間を横梁で結合した鉄道車両用台車枠において、前記側梁の内部における側梁の上面と下面との間に設ける補強リブを、前記補強リブと前記側梁における前記横梁の結合部との距離が前記結合部から前記側梁の上面又は下面までの距離のうち近い方の距離以下となる位置に、応力が分散されるように設けたことを特徴とする鉄道車両用台車枠。
2. 前記補強リブの形状を横梁と同心円となるような曲線状としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車枠。
3. 前記結合部から側梁の上面又は下面までの距離のうち近い方の距離以下となる位置に設ける前記補強リブを、複数としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車枠。

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